Abstract Calcific aortic valve disease (CAVD) represents a disease spectrum, ranging from mild aortic valve sclerosis to severe obstructive aortic stenosis (AS), associated with a high risk of myocardial infarction and cardiovascular death. It is a common disease in the Western countries, and with their aging populations, its prevalence is likely to increase. Today, CAVD is recognized as an actively regulated disease. Mechanical stress and endothelial injury are the initiating factors, followed by lipid accumulation and oxidation, leading to inflammation, fibrosis and calcification. Ultimately, the progressive calcification hinders the normal valvular function and obstructs the flow of blood through the valve. The only effective treatment for symptomatic AS is aortic valve replacement. The trials with pharmacological treatments, mainly with anti-atherosclerotic drugs, have not been successful in slowing the progression of the disease. This study was aimed to identify differentially expressed transcripts, and molecular markers taking part in the pathophysiology behind CAVD. In particular, factors related to the renin-angiotensin system, and the apelin – APJ pathway, were investigated during the development of CAVD. In addition, the expressions of granzymes and perforin, as well as podoplanin, were studied in different stages of CAVD. It was demonstrated that these molecules are expressed in aortic valves and dysregulated in AS. These results can help to clarify the mechanisms driving CAVD, thus being potential targets for pharmacological therapy. Furthermore, the studied molecules may reflect the stage and possible subgroups of CAVD. / Tiivistelmä Aorttaläpän ahtauma edustaa tautijatkumoa, joka alkaa lievästä aorttaläpän paksuuntumisesta eli aorttaskleroosista ja jatkuu vaikeaan aorttaläpän kalkkeutuneeseen ahtaumaan eli aorttastenoosiin, johon liittyy korkea sydäninfarktin ja sydän- ja verisuonitatutiperäisen kuoleman riski. Aorttaläpän ahtauma on yleinen tauti länsimaissa, ja väestön ikääntyessä sen esiintyvyys on luultavimmin lisääntymässä. Nykyään aorttaläpän ahtauman tiedetään olevan aktiivisesti säädelty tauti. Mekaaninen rasitus ja endoteelivaurio käynnistävät tautiprosessin, läppäkudokseen kertyy lipidejä ja ne hapettuvat, mikä johtaa tulehdukseen, sidekudoksen lisääntymiseen ja kalkkeutumiseen. Lopulta etenevä kalkkeutuminen heikentää läpän normaalia toimintaa ja estää veren normaalia virtausta sydämestä aorttaan. Ainoa tehokas hoito oireiseen aorttastenoosiin on aorttaläpän korvausleikkaus. Lääkehoitoina on kokeiltu erityisesti ateroskleroosin hoitoon käytettäviä lääkkeitä, mutta niillä ei ole onnistuttu estämään taudin etenemistä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin molekyylejä ja biokemiallisia reittejä, jotka liittyvät reniini-angiotensiinijärjestelmään ja apeliini-APJ-reittiin. Lisäksi tutkittiin grantsyymien ja perforiinin sekä podoplaniinin ilmentymistä aorttaläpän ahtauman eri kehitysvaiheissa. Tulosten perusteella näitä tekijöitä ilmennetään aorttaläpässä ja niiden määrä on muuttunut kalkkeutuneessa läpässä. Tulokset auttavat osaltaan ymmärtämään aorttaläpän ahtaumaan ja kalkkeutumiseen johtavia mekanismeja, joita voidaan hyödyntää uusia lääkehoidon kohteita suunniteltaessa. Tutkitut molekulaariset tekijät voivat kuvastaa aortan ahtaumataudin vaiheita ja mahdollisia alaryhmiä.

Abstract Heart failure (HF) is a complex pathological state, involving simultaneous alterations in several signalling pathways and changes in gene programming. In HF, activation of the neurohumoral factors and renin-angiotensin-aldosterone (RAA) system occurs as a compensatory mechanism to combat the abnormal ventricular function. Developments in cardiac gene delivery methods have exerted a significant impact to treat HF and to discover the novel molecular mechanisms associated with HF and other cardiac diseases. This study demonstrated that adenovirus–mediated gene delivery of B-type natriuretic peptide (BNP) into the anterior wall of the left ventricle decreased myocardial fibrosis and increased capillary density. Post-infarction BNP improved systolic function associated with normalization of cardiac sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) 2 expression and phospholamban phosphorylation at Thr17. On the other hand, (Pro)renin receptor ([P]RR) gene delivery resulted deleterious effects on cardiac function and (P)RR activation induced distinct angiotensin II (Ang II)-independent extracellular matrix remodelling and worsening of cardiac function. (P)RR gene delivery resulted in Ang II-independent activation of extracellular-signal regulated (ERK1/2) phosphorylation and increased myocardial fibrosis. In conclusion, the present study indicates that myocardial BNP gene delivery can achieve pleiotropic, context-dependent, favourable effects on cardiac function and that BNP can act locally as a mechanical load–activated regulator of angiogenesis and fibrosis. These results also implicate that (P)RR blockers may display additional cardiac effects in addition to its ability to evoke effective RAA system blockade. Overall, the findings of this study provide a better understanding of the molecular mechanisms involved in the biological actions of BNP and (P)RR, and identify BNP and (P)RR as potential novel drug targets for the treatment of HF. / Tiivistelmä Neuroendokriinisellä aktivaatiolla, jonka seurauksena aiheutuu muun muassa verisuonten supistumista ja laajenemista sekä nesteen kertymistä elimistöön, on tärkeä merkitys sydämen vajaatoiminnan kehittymisessä. Neuroendokriininen aktivaatio kompensoi sydämen vajaatoiminnan seurauksena tapahtuvaa kammioiden poikkeavaa toimintaa. Yksi keskeisimmistä verisuonia supistavista tekijöistä on reniini-angiotensiini-aldosteroni (RAA) -järjestelmä, ja verisuonia laajentaviin tekijöihin kuuluvat muun muassa natriureettiset peptidit, kuten B-tyypin natriureettinen peptidi (BNP) ja A-tyypin natriureettinen peptidi. Geeninsiirtomenetelmillä on ollut merkittäviä vaikutuksia uusien hoitomenetelmien kehittämisessä, sydämen vajaatoiminnan syiden selvittämisessä ja uusien kohdegeenien tunnistamisessa sydämen vajaatoiminnan hoitoon. Väitöskirjan tutkimustulokset osoittivat, että suora adenovirusvälitteinen geeninsiirto rotan sydämen vasemman kammion etuseinään on toimiva menetelmä uusien kohdegeenien löytämiseksi sydämen vajaatoiminnan hoitoon. BNP:n geeninsiirto vähensi merkitsevästi fibroosin muodostumista ja lisäsi verisuonten uudismuodostumista sydämessä. Sydäninfarktin jälkeen BNP paransi sydämen systolista toimintaa, johon liittyi aktiivisen kalsiumpumpun, SERCA2:n ja fosfolambaani-proteiinin fosforylaation normalisoituminen. (Pro)reniini reseptorin ([P]RR) geeninsiirto aiheutti angiotensiini II:sta riippumatonta solunulkoisen matriksin uudelleenmuotoutumista ja sydämen toiminnan huonontumista sekä lisääntynyttä sydämen fibroosia. Väitöskirjatutkimus antaa uutta tietoa solunsisäisistä molekulaarisista mekanismeista sydänsoluissa. BNP geeninsiirto aiheutti sydämen tautitilasta riippuvia suotuisia tapahtumia, ja se toimi paikallisesti muun muassa fibroosia ehkäisevänä tekijänä. (P)RR geeninsiirtotulosten perusteella voidaan olettaa, että (P)RR:n salpaus saattaa olla uusi tehokas hoitokeino sydämen vajaatoiminnan hoitoon.