Abstract Breast cancer, the most common cancer in women in Finland; its prognosis varies from very good to poor. During the last two decades, mesenchymal stromal cells, carcinoma-associated fibroblasts and normal fibroblasts of the breast have been investigated in the context of breast carcinomas because of their presence in the tumor microenvironment. It has been shown that the properties of the non-malignant tumor compartment possess prognostic value. The effects that these three stromal cell types have on cancer progression have been studied, but their exact mechanisms remain still largely unknown. This experimental work was conducted in order to investigate whether the three cell types of mesenchymal origin influence breast cancer cell proliferation in vitro and tumor growth in vivo. Functional and structural differences between the stromal cell types were investigated using multiple methods. A total of 19 primary human bone marrow derived mesenchymal stromal cell lines, and six paired primary fibroblast and carcinoma-associated fibroblast lines of the breast were used in the study. Co-cultures of labeled stromal cells and breast cancer cell lines MDA-MB-231, M-4A4 and NM-2C5 were performed and the proliferation properties of each cell line were assessed. An orthotopic murine breast cancer model was established by injecting NM-2C5 cancer cells in the mammary fat pads of athymic mice either alone or with the three stromal cell types, and tumor growth and histology were analysed. Mesenchymal stromal cells increased the proliferation of breast cancer cell lines NM-2C5 and MDA-MB-231, and carcinoma-associated fibroblasts increased the proliferation of NM-2C5 cells in vitro. The effect was due to both soluble factors and direct cell-cell contact. In the in vivo experiments, the mesenchymal stromal cells inhibited and the fibroblasts enhanced the growth of breast cancer tumors. Histological analysis of the tumors revealed differences in the invasiveness, necrosis and amount of connective tissue. Differences in the expression of CD105 and CD54 were observed between tumors with mesenchymal stromal cells or fibroblasts. Carcinoma-associated fibroblasts differed from mesenchymal stromal cells in their expressions of CD105 and CD54. The fibroblast subtypes differed at the gene expression level in immunological, developmental and extracellular matrix related pathways. / Tiivistelmä Rintasyöpä on Suomessa naisten yleisin syöpä, ja sen ennuste vaihtelee erittäin hyvästä huonoon. Viime vuosikymmenten aikana mesenkymaalisia stroomasoluja, rinnan kasvainsidekudossoluja ja tavallisia sidekudossoluja on tutkittu rintasyövän yhteydessä johtuen kyseisten solujen läsnäolosta syövän mikroympäristössä. Syöpäkudoksen hyvänlaatuisen solukon ominaisuuksilla on osoitettu olevan ennusteellista arvoa, ja kolmen edellä mainitun strooman solutyypin vaikutuksia rintasyövän etenemiseen on tutkittu, mutta tarkat vaikutusmekanismit ovat vielä laajalti tuntemattomat. Tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia edellä mainittujen solutyyppien vaikutusta rintasyöpäsolujen lisääntymiseen soluviljelmässä ja syöpäkasvaimen kasvuun koe-eläinmallissa. Lisäksi strooman solujen rakenteellisia ja toiminnallisia eroavaisuuksia tutkittiin molekyylibiologisilla menetelmillä. Tutkimuksessa käytettiin 19:ää luuytimen mesenkymaalista stroomasolulinjaa sekä kuutta rinnan kasvainsidekudossolu–sidekudossolu paria. Leimattuja strooman soluja viljeltiin yhteisviljelmissä rintasyöpäsolulinjojen MDA-MB-231, M-4A4 ja NM-2C5 kanssa, ja kunkin solutyypin lisääntymistä mitattiin. Ortotooppisessa rintasyövän hiirimallissa immuunipuutteisen hiiren rinnan ihonalaisrasvaan injisoitiin NM-2C5-rintasyöpäsoluja yksinään ja yhdessä strooman solujen kanssa, ja kasvainten kasvua ja histologiaa analysoitiin. Mesenkymaaliset stroomasolut kiihdyttivät NM-2C5- ja MDA-MB-231-rintasyöpälinjojen ja kasvainsidekudossolut NM-2C5-solujen lisääntymistä soluviljelmässä. Vaikutuksen aiheuttivat sekä liukoiset tekijät että suora solujen välinen vuorovaikutus. Eläinmallissa mesenkymaaliset stroomasolut hillitsivät mutta sidekudossolut lisäsivät rintasyöpäkasvaimen kasvua. Histologisissa analyyseissä paljastui eroavaisuuksia tuumorien paikallisessa invaasiossa, kudoskuolion määrässä ja sidekudoksen määrässä. Mesenkymaalisia stroomasoluja ja kasvainsidekudossoluja sisältävien kasvainten välillä esiintyi eroja CD105- ja CD54-pinta-antigeenien määrässä. Kasvainsidekudossolut erosivat pintarakenteiltaan mesenkymaalisista stroomasoluista CD105:n ja CD54:n ilmentämisessä. Sidekudossolut ja kasvainsidekudossolut erosivat toisistaan geenien ilmentämisen tasolla immunologisten, kehityksellisten ja soluväliaineeseen liittyvien geenipolkujen osalta.

Abstract The purpose of this study was to develop a hypothetical model of genetic counseling for male hereditary breast cancer mutation (BRCA1/2) carriers. The methodological approach involved mixed methods. The aim of the first phase was to describe male BRCA1/2 mutation carriers’ genetic counseling, experiences and needs for developing genetic counseling. Quantitative data were acquired using a patient counseling questionnaire (n=35) based on consecutive sampling, whereas theme-based interviews (n=31) were conducted as a qualitative approach. In the second phase, the theme-based interview data were used to describe males’ experiences after identification as BRCA1/2 mutation carriers and effects of identification as a carrier on their lives (n=31). The data were analyzed using descriptive statistics and inductive content analysis. The results of the study were combined into a model describing genetic counseling for male BRCA1/2 mutation carriers. Based on the quantitative data, the genetic counseling was evaluated as good. Psychosocial support was insufficient. According to the qualitative data, there was lack of noticing individual wishes and needs during the genetic counseling process. Operational conditions of departments of clinical genetics and genetic healthcare professionals’ readiness to provide gentic counseling were varied. Identification as a BRCA1/2 mutation carrier caused varied emotional reactions associated with identification as a carrier, hereditary transmission of the mutation, cancer risks and possibility of developing cancer. However, the duration of the reactions varied. Identification as a carrier had effects on male carriers’ health and social wellbeing. According to the hypothetical model, genetic counseling was based on the backgrounds and individual needs of the male BRCA1/2 mutation carriers, which was implemented with appropriate operational conditions. It included sufficient psychological support, which genetics healthcare professionals had professional responsibility for implementing. The information study provided can be used to broaden the knowledge base of nursing science in clinical genetics. The information may also be utilized in continued nursing education. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää periytyvän rintasyöpäalttiusmutaation (BRCA1/2) kantajamiesten hypoteettinen perinnöllisyysneuvontamalli. Tutkimuksessa käytettiin monimenetelmämetodologiaa. Ensimmäisessä vaiheessa kuvattiin BRCA1/2-alttiusmutaation kantajamiesten perinnöllisyysneuvontaa, perinnöllisyysneuvontakokemuksia ja kehittämistarpeita. Aineisto kerättiin kokonaisotannalla kvantitatiivisesti Potilasohjaus-kyselylomakkeella (n=35) ja kvalitatiivisesti teemahaastatteluilla (n=31). Toisessa vaiheessa kuvattiin ensimmäisessä vaiheessa kerätyllä haastatteluaineistolla kantajamiesten kokemuksia alttiusmutaation kantajuudesta ja kantajuuden vaikutuksista elämään (n=31). Tutkimuksen aineistot analysoitiin tilastollisin menetelmin ja induktiivisella sisällönanalyysillä. Tutkimuksen tulosten perusteella muodostettiin BRCA1/2-alttiusmutaation kantajamiesten perinnöllisyysneuvontamalli. Kvantitatiivisen tutkimuksen perusteella perinnöllisyysneuvonta arvioitiin hyväksi. Psykososiaalisen tuen saaminen oli vähäistä. Kvalitatiivisen tutkimuksen mukaan kantajamiesten yksilöllisten toiveiden ja tarpeiden huomioiminen perinnöllisyysneuvontaprosessin aikana oli puutteellista. Kliinisen genetiikan yksiköiden toimintaedellytyksissä ja perinnöllisyysneuvonnan antajien ohjausvalmiuksissa oli vaihtelevuutta. BRCA1/2-alttiusmutaation kantajuus aiheutti kantajamiehille eriasteisia ja -kestoisia emotionaalisia tunteita, jotka liittyivät kantajuuteen, alttiusmutaation periytymiseen, syöpäriskiin ja syöpään sairastumiseen. Kantajuudella oli lisäksi vaikutusta kantajamiesten terveydelliseen ja sosiaaliseen hyvinvointiin. Periytyvän rintasyöpäalttiusgeenin hypoteettisen mallin perusteella perinnöllisyysneuvonta oli BRCA1/2-alttiusmutaation kantajamiehen taustatilanteeseen ja yksilölliseen tarpeeseen perustuva neuvonta, joka oli toteutettu asianmukaisin toimintaedellytyksin. Se sisälsi riittävästi psykososiaalista tukea ja sen antajalla oli ammatillinen vastuu perinnöllisyysneuvonnan toteuttamisesta. Tutkimuksessa tuotetun tiedon avulla lisätään hoitotieteellistä tietoperustaa perinnöllisyyslääketieteen alueelle. Tietoa voidaan hyödyntää myös hoitotyön täydennyskoulutuksessa.

Abstract Breast cancer is the most common cancer affecting the female population of the Western world. It is a heterogeneous disease entity that encompasses tumors with remarkably different forms of behaviour, and it is therefore vital to distinguish patients with good and poor prognoses. The classical prognostic and predictive factors for breast cancer serve as tools for clinical oncologists when planning treatment, but the growing awareness of breast cancer biology is bringing about a need for novel prognostic and predictive biomarkers. This thesis examines the prognostic significance of hypoxia response and cell cycle regulators in ductal breast cancer and in triple-negative breast cancer (negative for hormone receptors and human epidermal growth factor receptor 2), concluding that PHD2 and PHD3 are associated with a good prognosis, while the role of PHD1 is controversial, as it is associated with proliferation in ductal breast cancer but with node-negative status in triple-negative breast cancer. In our experiments HIF-1α redeemed its role as a marker of an adverse prognosis, whereas the role of HIF-2α appeared to be the opposite. Our data suggest that PHDs can have other targets than the HIF-αs, and that triple-negative breast tumors express more HIF-1α and less HIF-2α and PHD3 than those with a good prognosis. Furthermore, we identified cyclin D1 as a biomarker with independent prognostic significance in ductal breast cancer, being associated with good prognostic factors and a better outcome, whereas the opposite was seen in triple-negative breast cancer. CDK4 was associated with high proliferation in triple-negative breast cancer. In addition, high levels of p16 correlated with increased survival in breast cancer patients independently of receptor status. / Tiivistelmä Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä läntisessä maailmassa. Rintasyöpä on heterogeeninen tautiryhmä, jossa kasvaimet vaihtelevat biologiselta käyttäytymiseltään huomattavasti. Tästä syystä on tärkeää erottaa hyvä- ja huonoennusteiset potilaat. Syöpälääkärit käyttävät klassisia ennustetekijöitä hoitopäätöksiä tehdessään, mutta lisääntynyt tieto rintasyövän biologiasta on saanut aikaan tarpeen löytää uusia ennustetekijöitä. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme hypoksiavasteen ja solusyklin säätelijöiden ennusteellisuutta duktaalisessa rintasyövässä sekä kolmoisnegatiivisessa (ei ilmennä hormonireseptoreita eikä epidermaalikasvutekijäreseptoria) rintasyövässä. PHD2 ja PHD3:n vahva ilmentyminen liittyi parempaan ennusteeseen, mutta PHD1:n esiintymisen vaikutus oli ristiriitainen. PHD1:n ilmentyminen liittyi lisääntyneeseen solujakautumiseen duktaalisessa rintasyövässä, mutta kolmoisnegatiivisessa rintasyövässä sen esiintyminen liittyi vähentyneeseen imusolmukemetastasointiin. Tutkimuksessamme HIF-1α osoittautui huonon ennusteen merkiksi. Sitä vastoin HIF-2α:n ilmentymisen vaikutus näytti liittyvän parempaan ennusteeseen. Tuloksemme osoittavat, että PHD-entsyymeillä on mahdollisesti muitakin kohteita kuin HIF-α:t. Osoitimme myös, että HIF-1α:n ilmentyminen on yleisempää ja HIF-2α:n sekä PHD3:n ilmentyminen vähäisempää kolmoisnegatiivisessa kuin duktaalisessa rintasyövässä. Lisäksi totesimme, että sykliini D1 on itsenäinen ennustetekijä liittyen parempaan ennusteeseen duktaalisessa rintasyövässä. Huomioitavaa on kuitenkin, että kolmoisnegatiivisessa rintasyövän alaryhmässä sykliini D1:n esiintyminen oli huonon ennusteen merkki. CDK4 osoittautui voimakkaan proliferaation merkiksi kolmoisnegatiivisessa rintasyövässä. Lisäksi osoitimme, että p16:n ilmentyminen liittyy parempaan ennusteeseen sekä duktaalisessa rintasyövässä että kolmoisnegatiivisessa rintasyövässä.

Abstract Patients with type 2 diabetes (T2D) are at a greater risk of some cancer types, possible together with worse prognosis. Various types of antidiabetic medication have been reported to have different relationships to cancer prognosis. Metformin seems to reduce mortality in some forms of cancer and it has effects on cell cycle arrest and apoptosis in vitro. T2D is a risk factor of coronary heart disease, which is widely treated with statins. Statins are associated with both reduced incidence and better prognosis in some cancers. Epidemiological studies on the associations between metformin and statin use and breast and ovarian cancer have reported inconclusive results. The aim of the present epidemiological study was to find out whether metformin and statin use are associated with reduced incidence and mortality in ovarian and/or breast cancer. The source population for the study was drawn from the Finnish nationwide diabetes database (FinDM; n = 244,322), supplemented with other Finnish registry data. The data from FinDM was combined with data from the Finnish Cancer Registry. The use of metformin and/or statins was found not to be associated with the incidence of either ovarian (n=303) or breast cancer (n=2,300) in women with type 2 diabetes. The use of insulin seemed to be associated with a higher incidence of breast cancer. Metformin use was not observed to be associated with mortality from ovarian or breast cancer but mortality from other causes seemed to be lower in breast cancer patients among metformin users compared with the users of other types of oral antidiabetic medication. Prediagnostic statin use seemed to be associated with decreased mortality from breast cancer and other causes in breast cancer patients, but in ovarian cancer, an association with reduced mortality was seen only in connection with ovarian cancer itself. On the basis of our study results, it would not be reasonable to initiate metformin or statin treatment solely in order to avoid ovarian or breast cancer development in a woman with T2D. However, the results suggest that tailoring of glycaemic and hypercholesterolaemia treatment might have far-reaching consequences to both cancer development and survival. / Tiivistelmä Tyypin 2 diabetesta sairastavilla potilailla on yleensä suurentunut riski sairastua maksa-, haima- ja suolistosyöpiin, ja tämä heikentää ainakin näiden syöpien ennustetta. Diabeteslääkkeillä on todettu olevan toisistaan poikkeava vaikutus syöpäennusteeseen. Metformiini vaikuttaa alentavan kuolleisuutta, ja solutöissä sillä on todettu olevan vaikutuksia solusyklin pysähtymiseen ja ohjelmoituun solukuolemaan. Tyypin 2 diabetes on riskitekijä sydän- ja verisuonisairauksiin, ja sen vuoksi diabetespotilaiden hoitoon kuuluu usein kolesterolia alentavat statiinit. Statiinien käyttö on yhdistetty joidenkin syöpäsairauksien vähenemiseen ja niiden parempaan ennusteeseen. Epidemiologiset tutkimukset metformiinin ja statiinien käytön välisestä yhteydestä munasarja- ja rintasyöpiin ovat kuitenkin epäyhtenäisiä. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko metformiinin ja statiinien käytöllä yhteyttä munasarja- ja rintasyöpätapausten vähenemiseen ja niiden paranemisennusteeseen. Lähdeaineistona on käytetty erilaisia suomalaisia rekistereitä yhdistävää kansallista diabetes-tietokantaa (FinDM; n = 244 322), jonka tiedot on yhdistetty Suomen Syöpärekisteriin. Metformiinin ja statiinien käytöllä ei todettu olevan yhteyttä munasarjasyövän (n = 303) tai rintasyövän (n = 2 300) ilmaantuvuuteen tyypin 2 diabetesta sairastavilla naisilla. Insuliinin käytöllä oli sen sijaan yhteys korkeampaan rintasyövän ilmaantuvuuteen. Metformiinin käytöllä ei todettu olevan yhteyttä munasarja- tai rintasyöpäkuolleisuuteen. Rintasyöpää sairastavilla naisilla muista syistä johtuva kuolleisuus oli metformiinin käyttäjillä kuitenkin matalampaa verrattaessa muihin suun kautta otettavien diabeteslääkkeiden käyttäjiin. Ennen syöpädiagnoosia aloitettu statiinien käyttö vaikutti vähentävän kuolleisuutta sekä rintasyöpään että muihin syihin rintasyöpäpotilailla. Munasarjasyövän suhteen yhteys todettiin ainoastaan munasarjasyöpäkuolleisuudessa. Tutkimuksemme mukaan ei ole perusteltua aloittaa metformiinia tai statiineja tyypin 2 diabetesta sairastavalle naiselle pelkästään ehkäisemään munasarja- tai rintasyöpää. Kuitenkin tutkimuksemme osoittaa, että niin diabetes- kuin kolesterolilääkitykselläkin voi olla yhteyttä sekä syövän kehittymiseen että paranemisennusteeseen.

Abstract Cancer treatments have remarkably improved over the past years since targeted therapies and immunotherapy have been introduced to the field of oncology. The benefit of these new therapies is often limited, however, by de novo or acquired therapy resistances, which should be noticed when making clinical decisions. In this current work, we studied the prognostic and predictive values of several immunological markers in metastatic HER2-positive breast cancer treated with trastuzumab, because trastuzumab is still given to patients according to the HER2 status only, without certainty of tumor response. We also determined the role of HER2 and HER3 for cancer stem cells (CSC) in ALK translocated non-small cell lung cancer (NSCLC) cell lines since the CSCs are causing therapy resistance and cancer recurrence. The results demonstrated that a high number of cytotoxic T cells, together with a high number of M1-like macrophages in the center of the tumor (CT), are promising and independent prognostic factors in HER2-positive breast cancer. These markers together also can predict the progression of the disease and the length of trastuzumab discontinuation in tumor response. Expression of HER2 and HER3 increased the stem-like properties of ALK translocated NSCLC cells, which were decreased when the expressions were downregulated. HER2-HER3-dependent CSCs also mediated the ALK therapy resistance. In conclusion, this study suggests that patients with a favorable immunological tumor profile (high number of cytotoxic T cells and M1-like macrophages in the CT) could be treated in a less-intensive manner, that trastuzumab discontinuation could be feasible for these patients, and that targeting of HER2 and HER3 receptors can lead to more effective killing of cancer stem-like cells and should be further studied. / Tiivistelmä Syöpähoidot ovat kehittyneet huomattavasti, kun kohdennetut hoidot ja immunologiset hoidot ovat tulleet perinteisten hoitojen rinnalle. Usein näiden hoitojen hyötyä kuitenkin rajoittaa jo olemassa oleva lääkeresistenssi tai sen kehittyminen, mikä tulisi ottaa huomioon hoitoja suunniteltaessa. Tässä työssä tutkittiin immunologisia merkkiaineita, joilla voitaisiin ennustaa trastutsumabi-hoidon vastetta sekä potilaiden ennustetta levinneessä HER2-positiivisessa rintasyövässä. Tällä hetkellä trastutsumabi-hoitopäätös tehdään pelkän HER2-geenimonistuman mukaan ilman varmuutta siitä, hyötyykö potilas oikeasti hoidosta. Lisäksi tutkimme HER2- ja HER3-reseptorien merkitystä syövän kantasoluille ALK-translokoituneessa ei-pienisoluisessa keuhkosyövässä (NSCLC), sillä syövän kantasolut ovat yksi merkittävimmistä tekijöistä lääkeresistenssin kehittymisessä ja syövän uusiutumisessa. Työssä havaittiin, että kasvaimen keskellä oleva suuri määrä sytotoksisia T-soluja sekä M1-tyypin makrofageja on yhteydessä potilaiden parempaan ennusteeseen ja että kyseiset merkkiaineet ovat toisistaan riippumattomia. Merkkiaineet pystyivät ennustamaan myös taudin etenemistä sekä trastutsumabi-hoitokeskeytyksen pituutta. HER2- ja HER3-proteiinien tuotto lisäsi ALK-translokoituneiden NSCLC-solujen kantasolumaisia ominaisuuksia, jotka puolestaan vähenivät, kun proteiinien tuotto estettiin. Lisäksi HER2-HER3 -riippuvaiset syövän kantasolut säätelivät lääkeresistenssiä kyseisessä taudissa. Työn tulokset viittaavat siihen, että potilaita, joilla on suotuisa kasvaimen immunoprofiili (suuri määrä sytotoksisia T-soluja ja M1-tyypin makrofageja kasvaimen keskellä) pystyttäisiin hoitamaan keveimmillä hoidoilla ja HER2-hoitokeskeytys voisi olla mahdollinen näillä potilailla. Lisäksi työ korostaa HER2- ja HER3-reseptorien kohdentamista syövän kantasolumaisten solujen tehokkaamman tuhoamisen saavuttamiseksi. / Huomautus/Notice Painetussa virheelliset ISBN -tunnukset: ISBN (print) 978-952-42-2343-8 pitäisi olla 978-952-62-2343-8. ISBN (PDF) 978-952-42-2344-5 pitäisi olla 978-952-62-2344-5. Printed version has incorrect ISBNs: ISBN (print) 978-952-42-2343-8 it should be 978-952-62-2343-8. ISBN (PDF) 978-952-42-2344-5 it should be 978-952-62-2344-5.

Abstract Two major genes are involved in hereditary predisposition to breast and ovarian cancer – BRCA1 and BRCA2. However, germline mutations in these tumor suppressors account for a maximum 20% of the familial breast cancer cases. A significant portion of the genes predisposing to this disease is unknown and therefore needs to be discovered. The aim of this study was to identify novel breast cancer susceptibility genes from the interweaving BRCA/Fanconi anemia (FA) pathway. Five candidate genes – MERIT40, ABRAXAS, BRIP1, CHK1, and FANCA – were screened for mutations by utilizing conformation-sensitive gel electrophoresis and sequencing, or with multiplex ligation-dependent probe amplification in blood DNA samples of Finnish familial breast cancer patients. Investigation of the MERIT40 gene revealed novel nucleotide changes, being the first report on mutation screening of this gene. None of the observed alterations, however, appeared to be disease related, suggesting that germline mutations in MERIT40 are rare or absent in breast cancer patients. A missense alteration (c.1082G>A, leading to Arg361Gln) was identified in ABRAXAS in 3 out of 125 Northern Finnish breast cancer families (2.4%), but not in any of the 867 healthy controls. The prevalence of the mutation between familial and control cases was statistically significantly different (p=0.002). ABRAXAS c.1082G>A appears to have pathological significance based on its exclusive occurrence in cancer cases, evolutionary conservation, disruption of a putative nuclear localization signal, reduced nuclear localization of the protein, and defective accumulation at DNA damage sites. The BRIP1 (FANCJ) and CHK1 genes were screened for large genomic rearrangements, but no abnormalities were detected, ruling out a significant contribution to breast cancer susceptibility in the Northern Finnish population. A novel large heterozygous deletion was identified in the FANCA gene in one out of 100 breast cancer families, removing the promoter and the first 12 exons. The deletion allele was not present in the tested controls, suggesting that it might contribute to breast cancer susceptibility. This is the first report on the association of a large-size germline deletion in a gene acting in the upstream part of the FA signaling pathway with familial breast cancer. / Tiivistelmä BRCA1 ja BRCA2 ovat kaksi tärkeintä perinnöllisen rinta- ja munasarjasyövän alttiusgeeniä. Niissä esiintyvät ituradan muutokset selittävät kuitenkin vain noin 20 % familiaalisista rintasyöpätapauksista. Suurin osa alttiusgeeneistä on edelleen tunnistamatta ja näitä tekijöitä etsitään aktiivisesti. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ollut tunnistaa uusia alttiustekijöitä toisiinsa läheisesti liittyviltä BRCA/Fanconin anemia (FA) signaalinsiirtoreiteiltä. Viisi kandidaattigeeniä - MERIT40, ABRAXAS, BRIP1, CHK1 ja FANCA – kartoitettiin mutaatioiden suhteen suomalaisissa rintasyöpäperheissä käyttämällä konformaatiosensitiivistä geelielektroforeesia ja sekvensointia, tai multiplex ligation-dependent probe amplification- menetelmää. MERIT40-geenissä havaittiin useita aikaisemmin raportoimattomia nukleotidimuutoksia, mutta yhdenkään niistä ei havaittu liittyvän rintasyöpäalttiuteen. MERIT40-geenimuutosten mahdollista yhteyttä rintasyöpäalttiuteen ei ole tutkittu aikaisemmin. ABRAXAS-geenissä havaittiin missense-mutaatio (c.1082G>A, joka johtaa Arg361Gln aminohappokorvautumiseen) kolmessa pohjoissuomalaisessa rintasyöpäperheessä (3/125, 2.4 %). Muutosta ei havaittu terveissä kontrolleissa (N=867), ja ero mutaation esiintyvyydessä familiaalisten rintasyöpätapausten ja terveiden kontrollien välillä oli tilastollisesti merkitsevä (p=0.002). ABRAXAS c.1082G>A-muutos on todennäköisesti patogeeninen, sillä kyseinen aminohappopaikka on evolutiivisesti konservoitunut ja sijaitsee todennäköisellä tumaanohjaussignaalialueella. Funktionaaliset kokeet osoittivat, että mutatoitunut proteiinituote lokalisoitui villityypin proteiinia heikommin tumaan ja sen ohjautuminen DNA-vaurioalueille oli puutteellista. BRIP1- (FANCJ) ja CHK1-geeneistä etsittiin laajoja genomisia uudelleenjärjestelyjä, mutta niitä ei havaittu. Näin ollen kyseisillä muutoksilla ei ole merkittävää roolia perinnöllisessä rintasyöpäalttiudessa suomalaisessa väestössä. FANCA-geenissä havaittiin laaja heterotsygoottinen deleetio yhdessä tutkitusta 100 rintasyöpäperheestä. Deleetio poistaa geenin promoottorialueen lisäksi sen 12 ensimmäistä eksonia. Deleetioalleelia ei havaittu terveissä kontrolleissa, joten se mahdollisesti liittyy perinnölliseen rintasyöpäalttiuteen. Tutkimus on ensimmäinen, jossa raportoidaan laaja genominen deleetio FA-signaalinsiirtoreitin ylävirran geenissä familiaalisessa rintasyövässä.

Abstract Cancer is the leading cause of death worldwide. Despite the significant research effort, underlying mechanisms of carcinogenic processes are still poorly understood. In recent decades, a group of extremely reactive oxygen metabolites, reactive oxygen species (ROS), have been linked closely to carcinogenesis. Levels of ROS are constantly controlled by antioxidants to ensure stable redox balance in our cells. An aberrant cellular redox balance is thought to be connected to carcinogenesis by inflicting damage to cellular macromolecules and disturbing normal cellular signalling. In this work, the role of ROS in carcinogenesis was studied by observing the ROS-derived DNA damage marker 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. This marker was also measured in connection with endometriosis and PCOS to study the early stages of the carcinogenic process. In addition, peroxiredoxin antioxidant enzymes were studied in endometriosis-associated ovarian cancer to explore their impact on the carcinogenic process and relationship with ROS-derived DNA damage. There seems to be a decreasing trend in the expression of 8-OHdG in the development of breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer. In breast cancer, low levels of 8-OHdG in serum and in tumour tissue were found to be associated with more aggressive disease. In endometriosis-associated ovarian cancer, 8-OHdG and Prx II expressions in tissue decreased with malignant transformation from benign endometriosis tissue to ovarian cancer. Patients with PCOS were found to have lower levels of 8-OHdG in serum compared with healthy controls and metformin treatment further decreased 8-OHdG levels in obese patients. These results, together with observations is previous studies indicate that in breast cancer and endometriosis-associated ovarian cancer, a high level of ROS-derived DNA damage could be significant factor in the initiation stage of carcinogenesis, whereas in later stages carcinomas benefit from lower ROS levels that support tumour growth and survival via cellular signalling. In endometriosis, there seem to be high amounts of ROS-derived DNA damage, which could explain the increased ovarian cancer risk, while in PCOS, aberrant ROS levels could contribute to the pathogenesis of the disease itself and also to possible cancer incidence by inducing abnormal cellular signalling. / Tiivistelmä Syöpä on nykyisin maailman yleisin kuolinsyy. Vaikka syöpätutkimukseen kohdistetaan maailmanlaajuisesti huomattavia resursseja, syövän kehittymisen perimmäinen syy on edelleen heikosti tunnettu. Yhä kasvavan todistusaineiston perusteella happiradikaalien epäillään liittyvän läheisesti syövän kehittymiseen. Nämä erittäin reaktiiviset hapen aineenvaihduntatuotteet ovat välttämättömiä solujemme normaalille toiminnalle, mutta liian suurina määrinä ne voivat vaurioittaa solun rakenteita ja häiritä solun normaalia viestintää. Solut sisältävät useita antioksidantteja, joiden tärkeimpänä tehtävänä on kontrolloida happiradikaalien määrää ja näin ylläpitää solun hapetus-pelkistys -tasapaino. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin happiradikaalien yhteyttä syövän kehittymiseen tarkastelemalla niiden aiheuttaman DNA-vaurion merkkiainetta, 8-hydroksideoksiguanosiinia (8-OHdG), rintasyövässä ja endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä sekä peroksiredoksiiniperheen antioksidanttientsyymejä endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä. 8-OHdG:n avulla selvitettiin myös munasarjojen monirakkulaoireyhtymän (PCOS) ja endometrioosin yhteyttä syövän kehittymiseen. Lisäksi tutkittiin metformiinin vaikutusta happiradikaalien aiheuttamaan DNA-vaurioon. Väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella 8-OHdG:n määrä vähentyy rintasyövän edetessä ja endometrioosiin liittyvän munasarjasyövän kehittyessä. Matalat 8-OHdG -tasot syöpäkudoksessa ja verinäytteissä ovat yhteydessä aggressiivisempaan taudinkuvaan rintasyövässä. Endometrioosiin liittyvässä munasarjasyövässä kudoksen ilmentämä 8-OHdG ja Prx II vähentyi asteittain siirryttäessä hyvänlaatuisesta endometrioosista munasarjasyöpään. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä potilaiden verinäytteiden 8-OHdG -tasot olivat merkittävästi matalammat terveisiin verrokkeihin verrattuna. Korkeilla happiradikaalipitoisuuksilla ja niistä aiheutuvalla DNA-vauriolla on väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella tärkeä rooli syövän syntyvaiheessa, kun taas syövän myöhemmissä kehitysvaiheissa matalat happiradikaalipitoisuudet tukevat syövän kasvua ja selviytymistä soluviestinnän avulla. Endometrioosipotilaiden kohonnut munasarjasyöpäriski vaikuttaisi olevan seurausta runsaasta happiradikaalien aiheuttamasta DNA-vauriosta endometrioosikudoksessa. Munasarjojen monirakkulaoireyhtymässä poikkeavien happiradikaalitasojen aiheuttama puutteellinen soluviestintä liittyy mahdollisesti taudin patogeneesiin ja syöpäriskiin.

Abstract Around 5−10% of all breast cancer cases are estimated to result from a strong hereditary predisposition to the disease. However, mutations in the currently known breast cancer susceptibility genes account for only 20−30% of all familial cases. Additional factors contributing to the pathogenesis of breast cancer, therefore, await discovery. Aims of this study were to evaluate variations of the AATF and MRG15 genes as novel potential candidates for breast cancer susceptibility, to further examine the prevalence of the cancer-related PALB2 c.1592delT mutation among BRCA-negative high-risk breast cancer families counselled at the Department of Clinical Genetics, Oulu University Hospital, to identify Finnish Fanconi anaemia patients complementation groups as well as causative mutations, and to evaluate the potential role of these mutations in breast cancer susceptibility. The analysis of 121 familial breast cancer cases revealed altogether seven different sequence changes in the AATF gene. However, none of them were considered pathogenic, suggesting that germline mutations in AATF are rare or absent in breast cancer patients. Investigation of the MRG15 gene among familial breast cancer cases revealed seven previously unreported variants, but in silico analyses revealed that none of these variants appeared to modify the function of MRG15. The results suggest that MRG15 alterations are unlikely to be significant breast cancer susceptibility alleles. A previously identified pathogenic PALB2 mutation, c.1592delT, was identified in three patients from a cohort of 62 high-risk BRCA1/2-negative breast cancer patients from the Department of Clinical Genetics. PALB2 c.1592delT mutation testing should thus be a routine part of the genetic counselling protocol, particularly for BRCA1/2-negative high-risk breast cancer patients. Investigation of the complementation groups of Finnish Fanconi anaemia patients revealed a total of six different causative mutations. These mutations were examined further by analysing their prevalence in large cohorts of breast (n=1840) and prostate (n=565) cancers. However, no significant association emerged between cancer predisposition and these FA mutations. / Tiivistelmä Arviolta 5−10 prosenttia kaikista rintasyöpätapauksista aiheutuu merkittävästä perinnöllisestä alttiudesta sairauteen. Tällä hetkellä tiedossa olevien rintasyövälle altistavien geenivirheiden ajatellaan kuitenkin selittävän vain noin 20−30 prosenttia kaikista perinnöllisistä tapauksista. On todennäköistä, että uusia tekijöitä, jotka osallistuvat rintasyövän patomekanismiin, on vielä löytymättä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida AATF- ja MRG15-geeneissä esiintyvien muutosten mahdollista vaikutusta rintasyöpäalttiuteen, tutkia tarkemmin PALB2 c.1592delT -mutaation esiintymistä BRCA-mutaationegatiivisten korkean rintasyöpäriskin potilaiden joukossa (perinnöllisyyspoliklinikka, Oulun yliopistollinen sairaala) ja määrittää suomalaisten Fanconi-anemiapotilaiden komplementaatioryhmät, sairauden taustalla olevat mutaatiot sekä tutkia näihin mutaatioihin mahdollisesti liittyvää rintasyöpäriskiä. 121 familiaalisen rintasyöpätapauksen analyysissä löytyi yhteensä seitsemän erilaista sekvenssimuutosta AATF-geenissä. Näistä yksikään ei kuitenkaan ollut selvästi patogeeninen. Tuloksen perusteella perinnölliset rintasyövälle altistavat muutokset AATF-geenissä ovat joko erittäin harvinaisia tai niitä ei esiinny lainkaan. MRG15-geenin mutaatioanalyysissä havaittiin seitsemän aikaisemmin raportoimatonta muutosta, mutta in silico -analyysien perusteella millään muutoksista ei ole vaikutusta MRG15-proteiinin toimintaan. Tulosten perusteella on epätodennäköistä, että MRG15-geenin muutokset olisivat merkittäviä rintasyövälle altistavia muutoksia. Jo aiemmin patogeeniseksi todettu PALB2 c.1592delT -mutaatio löydettiin kolmelta niistä perinnöllisyyspoliklinikan korkean syöpäriskin 62 potilaasta, jotka olivat BRCA1/2-geenitestauksessa saaneet normaalin tuloksen. Tulostemme perusteella PALB2 c.1592delT -mutaatiotestaus tulisi Suomessa ottaa osaksi perinnöllisyyspoliklinikoiden tarjomaa tutkimusprotokollaa. Suomalaisten Fanconi-anemiapotilaiden komplementaatioryhmiä selvittävässä tutkimuksessa identifioitiin yhteensä kuusi erilaista tautia aiheuttavaa mutaatiota. Näiden muutosten esiintymistä tutkittiin myös laajoissa rinta- (n=1840) ja eturauhassyöpäaineistoissa (n=565). Tilastollisesti merkittävää assosiaatiota ei kuitenkaan todettu suomalaisten FA-mutaatioiden ja syöpäalttiuden välillä.

Abstract Hereditary mutations in DNA damage response (DDR) genes often lead to genomic instability and ultimately tumor development. However, the molecular mechanism of how these DDR deficiencies promote genomic instability and malignancy is not well understood. Thus, the specific aim of this thesis is to identify the functional and molecular framework behind the elevated breast cancer risk observed in heterozygous PALB2 and ABRAXAS mutation carriers. The heterozygous germline alteration in PALB2 (c.1592delT) causes a haploinsufficiency phenotype in the mutation carrier cells. Due to PALB2 haploinsufficiency, elevated Cdk activity and consequently aberrant DNA replication/damage response was observed in the PALB2 mutation carrier cells. Excessive origin firing that is indicative of replication stress was also seen in the PALB2 mutation carrier cells. In addition to replication stress, PALB2 mutation carrier cells also experience G2/M checkpoint maintenance defects. The increased malignancy risk in females associated with heterozygosity for the Finnish PALB2 founder mutation is likely to be due to aberrant DNA replication, elevated genomic instability and multiple different cell cycle checkpoint defects. The heterozygous germline alteration in ABRAXAS (c.1082G>A) causes a dominant-negative phenotype in the mutation carrier cells. Decreased BRCA1 protein levels as well as reduced nuclear localization and foci formation of BRCA1 and CtIP was observed in the ABRAXAS mutation carrier cells. This causes disturbances in basal BRCA1-A complex localization, which is reflected by a restraint in error-prone DNA double-strand break (DSB) repair pathway usage, attenuated DNA damage response, deregulated G2/M checkpoint control and apoptosis. Most importantly, mutation carrier cells display a change in their transcriptional profile, which we attribute to the reduced nuclear levels of BRCA1. Thus, the Finnish ABRAXAS founder mutation acts in a dominant-negative manner on BRCA1 to promote genome destabilization in the heterozygous carrier cells. / Tiivistelmä Perinnölliset muutokset DNA-vauriovasteen geeneissä johtavat usein genomin epävakauteen ja lopulta syövän kehittymiseen. Molekyylitason mekanismeja, joilla vauriovasteen vajaatoiminta ajaa genomin epävakautta ja syöpää, ei kuitenkaan ymmärretä kunnolla. Tämän väitöskirjan tavoitteena on tunnistaa solutoiminnan ja molekyylitason vaikuttajat heterotsygoottisten PALB2- ja ABRAXAS-geenimuutosten kantajien kohonneen rintasyöpäriskin taustalla. Heterotsygoottinen ituradan suomalainen perustajamuutos PALB2-geenissä (c.1592delT) aiheuttaa haploinsuffisienssin kantajahenkilöiden soluissa. PALB2:n haploinsuffisienssin seurauksena kantajasoluissa havaittiin kohonnutta Cdk-proteiinin aktiivisuutta ja siitä johtuvaa kiihtynyttä DNA:n kahdentumista. PALB2-mutaatiota kantavissa soluissa nähtiin myös liiallista replikaation aloituskohtien käyttöä, mikä viittaa replikaatiostressiin. Replikaatiostressin lisäksi PALB2-mutaation kantajasoluilla havaittiin vaikeuksia ylläpitää solusyklin G2/M-tarkastuspisteen toimintaa. Näiden solutoiminnan poikkeavuuksien takia heterotsygoottisen PALB2 c.1592delT -mutaation kantajilla todettiin genomin epävakautta ja kohonnut syöpäriski. Heterotsygoottinen ituradan mutaatio ABRAXAS-geenissä (c.1082G>A) aiheuttaa dominantti-negatiivisen fenotyypin mutaation kantajasoluissa. ABRAXAS-mutaatiota kantavissa soluissa havaittiin BRCA1-proteiinitasojen laskua sekä BRCA1- ja CtIP-proteiinien vähentynyttä lokalisaatiota tumaan ja DNA-vauriopaikoille. Tämä aiheuttaa häiriöitä BRCA1-A-kompleksin paikallistumisessa, mikä johtaa häiriöihin virhealttiiden DNA-kaksoisjuoste¬katkoksien korjausmekanismien käytössä, DNA-vauriovasteessa, G2/M-tarkastus-pisteen säätelyssä ja ohjelmoidussa solukuolemassa. Tärkeimpänä löydöksenä havaittiin mutaation kantajasoluissa muuttunut transkriptioprofiili, joka johtunee BRCA1-proteiinitasojen laskusta tumassa. Näin ollen suomalainen ABRAXAS-perustajamutaatio toimii dominantti-negatiivisena BRCA1:n suhteen, aiheuttaen genomin epävakautta heterotsygoottisissa kantajasoluissa.