Abstract This dissertation focuses on young children’s emotion and behaviour regulation in educational settings. The purpose is to explore its emergence in socio-emotionally challenging academic and social activities in order to understand the contributing individual and interactional factors. The dissertation consists of three studies conducted in two contexts, a classroom and an open day-care. The results are reported in three empirical articles. Study I explored children’s strategic activities and success in regulating emotions in challenging classroom situations. Studies II and III were performed in a day-care context. Study II focused on teachers’ perspectives and investigated their use of co-regulation strategies in challenging situations and their awareness of their strategy use. Finally, Study III investigated children’s use of emotion and behaviour regulation strategies in these same situations and the composition of children’s strategic activities in interaction with teachers and peers. Data were collected using video observations, video-stimulated recall interviews and the questionnaire assessing children’s social competence. The results indicate that the children use various emotion and behaviour regulation strategies in socio-emotionally challenging situations. In the day-care context, their strategies were mostly focused on regulating the environment, whereas in the classroom context, their strategies, especially among the more socially skilled children, were focused on regulating themselves. As well, the teachers’ co-regulation strategies were focused more on children’s activities than their emotions. Moreover, the study indicates that children’s regulatory interactions are affected not only by their different skill levels but also by peer interactions and teachers’ involvement. The study results contribute to the understanding of young children’s processes and abilities to regulate emotions in everyday challenges in educational settings and, thus, increase awareness of how teachers can support these regulatory processes. / Tiivistelmä Tässä väitöstutkimuksessa tutkitaan päiväkoti- ja peruskouluikäisten lasten tunteiden ja käyttäytymisen säätelyä koulussa ja avoimessa päiväkodissa. Tavoitteena on selvittää erityisesti, miten lasten tunteiden ja käyttäytymisen säätely ilmenee oppimiseen tai sosiaalisiin tilanteisiin liittyvissä sosio-emotionaalisissa haasteissa ja ymmärtää lasten tunteiden ja käyttäytymisen säätelyyn vaikuttavia yksilöllisiä ja vuorovaikutuksellisia tekijöitä. Tutkimus toteutettiin kahdessa kontekstissa: peruskoulussa ja avoimessa päiväkodissa. Se koostuu kolmesta empiirisestä osatutkimuksesta, joiden tulokset on raportoitu kolmessa artikkelissa. Osatutkimuksessa I selvitettiin millaisia sosio-emotionaalisia haasteita lapset kokivat peruskoulun luokkahuonetilanteissa ja miten he käyttivät tunnesäätelystrategioita näissä tilanteissa. Osatutkimus II tutki, miten opettajat säätelivät lasten tunteita ja käyttäytymistä haasteellisissa tilanteissa avoimessa päiväkodissa ja miten tietoisia he olivat käyttämistään strategioista. Osatutkimus III selvitti puolestaan, millaisia säätelystrategioita lapset käyttivät samoissa sosio-emotionaalisesti haastavissa tilanteissa. Osatutkimus selvitti myös, miten lasten käyttämät strategiat olivat yhteydessä vuorovaikutukseen opettajan ja ikätoverien kanssa. Tutkimuksen aineistona käytettiin video-taltiointeja autenttisista koulu- ja päiväkotitilanteista, opettajille järjestettyjä videostimuloituja haastatteluja ja lasten sosiaalista kompetenssia arvioivaa kyselyä. Tutkimustulokset osoittavat, että lapset käyttävät monenlaisia tunne- ja käyttäytymisen säätelystrategioita haasteellisissa tilanteissa. Päiväkoti-ikäisten lasten säätelystrategiat pyrkivät enimmäkseen vaikuttamaan muiden toimintaan, kun taas kouluikäiset, erityisesti sosiaalisesti taitavat lapset, säätelevät haasteellisissa tilanteissa enemmän itseään kuin ympäristöä. Tulosten mukaan opettajat kohdistavat säätelystrategiansa haasteellisissa tilanteissa enemmän lasten toimintaan kuin heidän tunteisiinsa. Kaiken kaikkiaan tulokset osoittavat, että lasten säätelystrategioihin vaikuttavat sekä heidän omat taitonsa että opettajien aktiivinen puuttuminen ja vuorovaikutus ikätoverien kanssa. Tutkimus korostaa opettajan tuen merkitystä lasten tunteiden säätelyprosesseissa lasten koulun ja varhaiskasvatuksen arjessa.

Abstract α-Methylacyl-CoA racemase (Amacr) is an auxiliary enzyme of β-oxidation and participates in the elimination of methyl-branched fatty acids in peroxisomes and in mitochondria and in the synthesis of bile acids in peroxisomes. Amacr catalyzes in reversible manner the isomerization of fatty acyl-CoA esters with a methyl group in the R-configuration to the corresponding S-configuration, which allows them to serve as substrates for the next reaction in their metabolism. The substrates of Amacr include the acyl-CoA esters of 2R-pristanic acid, a metabolite derived from phytol, and 25R-THCA and 25R-DHCA (tri- and dihydroxycholestanoic acid), the bile acid intermediates derived from cholesterol. AMACR-deficiency in humans results in the accumulation of R-isoforms of its substrates. Patients with adult onset AMACR-deficiency suffer from neurological disorders. The more severe infantile form of the deficiency is characterized by liver disease. Amacr-deficient mice show a bile acid pattern similar to that of human patients with accumulation of bile acid intermediates in their body. In contrast to humans, Amacr-deficient mice are clinically symptomless on a regular laboratory chow diet. Supplementation of phytol in their diet triggers the disease state with liver abnormalities. In this study it was shown that in spite of the disruption of a major metabolic pathway, Amacr-deficient mice are able to readjust their cholesterol and bile acid metabolism to a new balanced level allowing them to live a normal life span. A double knockout mouse model deficient in Amacr and MFE-1 (peroxisomal multifunctional enzyme type 1) was generated in this work. Characterization of this mouse line showed that MFE-1 can contribute to peroxisomal side-chain shortening of C27 bile acid intermediates in both Amacr-dependent and Amacr-independent pathways. In addition, this work confirmed that Amacr-deficient mice are unable to thrive when phytol is supplemented in their chow. The main cause of death was liver failure accompanied by kidney and brain abnormalities. The detoxification of phytol metabolites in liver is accompanied by activation of multiple pathways and Amacr-deficient mice are not able to respond adequately. The results of this study emphasize the indispensable role of Amacr in detoxification of α-methyl branched fatty acids. / Tiivistelmä α-Metyyliasyyli-koentsyymi-A-rasemaasi (Amacr) osallistuu metyyli-haarautuvien rasvahappojen eliminointiin peroksisomeissa ja mitokondrioissa ja sappihappojen synteesiin kolesterolista peroksisomeissa. Amacr katalysoi käänteisesti rasvahappojen asyyli-koentsyymi-A-estereiden isomerisaatio-reaktiota, jossa stereokemiallisesti R-asemassa oleva metyyliryhmä siirtyy S-asemaan. Tämä on edellytys eliminointiketjun seuraavan reaktion tapahtumiselle. Amacr-entsyymin substraatteja ovat fytolin aineenvaihdunnassa syntyvän 2R-pristaanihapon ja kolesterolista sappihapposynteesireitin välituotteina syntyvien 25R-trihydroksikolestaanihapon ja 25R-dihydroksikolestaanihapon (25R-THCA ja 25R-DHCA) asyyli-koentsyymi-A-esterit. Ihmisellä Amacr-entsyymin puutos johtaa R-muodossa olevien substraattien kertymiseen, joka aiheuttaa neurologisia oireita aikuisiässä alkavassa sairauden muodossa. Lapsuusiässä alkavassa tautimuodossa potilaille kehittyy vakava maksasairaus. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että Amacr-poistogeenisten hiirten elinikä ei lyhene huolimatta yhden tärkeän aineenvaihduntareitin estymisestä. Tämä on hyvä esimerkki siitä, kuinka nisäkäs pystyy mukauttamaan kolesteroli- ja sappihappoaineenvaihduntaansa vastaamaan muuttunutta tilannetta aineenvaihdunnassa. Tässä työssä tuotettiin myös kaksoispoistogeeninen hiirimalli, jonka Amacr- ja peroksisomaalinen monitoiminnallinen entsyymi tyyppi 1- (MFE-1) entsyymit ovat toimimattomat. Tämä hiirimalli paljasti, että MFE-1 pystyy osallistumaan 27:ää hiiltä sisältävien sappihappovälituotteiden sivuketjun lyhentämiseen sekä Amacr entsyymin kanssa että ilman sitä. Työn tulokset myös osoittivat, että Amacr-poistogeeniset hiiret eivät ole elinkykyisiä, jos niiden ravinto sisältää fytolia. Maksan toiminnanvajaus oli näiden hiirten tärkein kuolinsyy, mutta hiirten munuaisten ja aivojen kudosrakenteissa oli myös muutoksia. Maksassa fytolin metaboliittien vaarattomaksi tekeminen aiheuttaa villityypin hiirillä useamman aineenvaihduntareitin aktivoitumisen, mutta Amacr-poistogeeniset hiiret eivät pysty reagoimaan tähän samalla tavalla. Tämä työ osoittaa, että Amacr-entsyymin elintärkeä tehtävä on osallistua ravinnon mukana elimistöön joutuvien α-metyylihaarautuvien rasvahappojen eliminaatioon.

Abstract This study explores the socio-cognitive and socio-emotional activities of teacher education students in collaborative learning, how the students interpret their activities and how the activities influence collaborative learning. The study consists of two empirical studies, which are reported in four articles. The first study focuses on knowledge co-construction in face-to-face interactions enhanced with cognitive tools and pictorial knowledge representations. The second study explores groups’ monitoring activities in collaborative interaction, along with challenges and socio-emotional conflicts in collaborative learning. The data collection methods include video observations, video-stimulated recall interviews and pre- and post-knowledge tests. The results indicate that collaborative learning is a cognitively and emotionally challenging learning process. The way in which group members share and develop their ideas depends on how actively they monitor their own and each other’s evolving understanding. However, monitoring cognitive activities as a group is only one part of effective and enjoyable learning. Troubled interaction can create a socio-emotionally unbalanced group climate, and can endanger effective collaborative learning unless group members are capable of regulating their emotional experiences and expression of their emotions. Therefore, in addition to effective knowledge co-construction, effective collaborative learning requires that group members proactively monitor their own and each other’s shared learning activities at both cognitive and emotional levels. The findings of this study contribute to the understanding of how individuals learn together as a group. Methodologically, this study provides several process-oriented analysis schemas for analysing socio-cognitive and socio-emotional activities within collaborative learning. Practically, this study offers teachers and educational professionals ideas for the design of collaborative learning environments. / Tiivistelmä Väitöstutkimus tarkastelee opettajaksi opiskelevien yhteisöllistä oppimista sosiokognitiivisena ja sosioemotionaalisena vuorovaikutusprosessina. Tutkimuskohteina ovat yhteisöllinen tiedonrakentelu, yhteisöllisen oppimisen haasteet ja ryhmän toiminta sosioemotionaalisessa konfliktitilanteessa. Yhteenvedossa tarkastellaan sitä, mitä yhteisöllisen oppimisen aikana tapahtuu, miten opiskelijat tulkitsevat prosessinaikaisia toimintoja ja miten ne vaikuttavat oppimistilanteeseen. Tutkimus koostuu kahdesta osatutkimuksesta, joiden tulokset on raportoitu neljässä artikkelissa. Väitöstyö on luonteeltaan design-tutkimus, jossa ilmiötä tarkastellaan aidoissa, etukäteen pedagogisesti suunnitelluissa ja tieto- ja viestintäteknologiaa hyödyntävissä oppimistilanteissa. Tutkimusaineisto koostuu videoiduista ryhmätilanteista, opiskelijoiden haastatteluista sekä oppimistesteistä, joilla mitattiin opiskelijoiden sisällöllistä ymmärrystä. Lisäksi sosioemotionaalisen vuorovaikutuksen analyysia syvennettiin menetelmällä, jossa opiskelijoiden haastattelua stimuloitiin videon avulla. Tutkimustulokset osoittavat, että tiedonrakentelun yhteinen säätely edesauttaa yhteisöllistä oppimista. Tehokas ja mielekäs yhteisöllinen oppiminen edellyttää, että ryhmän jäsenet monitoroivat, kuinka ymmärrys tehtävästä ja sisällöstä kehittyy, kuinka mielenkiinto säilyy ja kuinka ryhmä etenee. Kognitiivisten prosessien ohella opiskelijoiden tulee tarkkailla oppimistaan sosioemotionaalisesta näkökulmasta. Ryhmien on tärkeä arvioida ja säädellä työskentelyään siten, että sosioemotionaalinen ilmapiiri säilyy yhteisölliselle oppimiselle suotuisana. Väitöstutkimuksen tulokset lisäävät teoreettista ymmärrystä yhteisöllisen oppimisen mahdollisuuksista ja haasteista. Tutkimus myös edistää prosessiorientoituneiden tutkimusmenetelmien kehittämistä. Lisäksi tulosten perusteella voidaan kehittää korkeakouluopetusta ja erityisesti opettajankoulutusta. Tutkimukseen suunnitellut oppimisympäristöt tarjoavat konkreettisia ideoita, joilla voidaan tukea yksilöllisiä ja sosiaalisesti jaettuja oppimisprosesseja.

Abstract Oxygen homeostasis is critical to all animals, as both excess (hyperoxia) and reduced (hypoxia) levels of oxygen can result in pathological changes and ultimately in the loss of cellular and organismal viability. Complex systems have evolved to sense and adapt to changes in cellular oxygen availability, and the hypoxia-inducible factor HIF plays a pivotal role in this elaborate molecular network. In normoxic conditions the α-subunit of HIF becomes hydroxylated by HIF prolyl 4-hydroxylases (HIF-P4Hs 1-3), earmarking HIF-α for proteasomal degradation. Additionally, in the presence of oxygen the hydroxylation of an asparagine residue by the HIF asparaginyl hydroxylase FIH inhibits the transactivation of HIF-target genes by blocking the interaction of HIF-α with a transcriptional coactivator. In addition to being a feature of an organism’s normal life, hypoxia is also characteristic of many common diseases such as severe anemia and myocardial infarction, and it notably decreases these hydroxylation reactions, as HIF-P4Hs and FIH have an absolute requirement for oxygen as a cosubstrate. HIF-α thus escapes degradation and translocates into the nucleus, where it dimerizes with HIF-β and recruits transcriptional coactivators to the hypoxia-response elements of target genes, inducing their transcription and triggering the hypoxia response aimed at restoring cellular oxygen homeostasis. In this study we generated a genetically modified HIF-P4H-2 hypomorphic mouse line that expresses only 8% of the wild-type HIF-P4H-2 mRNA in the heart. We showed that chronic cardiac HIF-P4H-2 deficiency leads to stabilization of HIF-1α and HIF-2α and protects the heart against acute ischemia-reperfusion injury without causing any adverse effects. Furthermore, we identified and cloned a novel human transmembrane prolyl 4-hydroxylase P4H-TM and showed that it regulates HIF-1α protein levels in cellulo and hydroxylates HIF-1α in vitro similarly to the HIF-P4Hs, but may also have other physiological substrates. Using forward genetic tools we showed that lack of P4H-TM during development leads to basement membrane defects and compromised kidney function in zebrafish embryos. Finally, we demonstrated that FIH displays substrate selectivity in terms of hydroxylation and binding of HIF-1α and novel substrates Notch1-3. We showed that FIH has higher affinity for oxygen with Notch1 than with HIF-1α as a substrate, implying that FIH-mediated hydroxylation of Notch can continue in oxygen concentrations where HIF-1α hydroxylation would be markedly reduced. / Tiivistelmä Happitasapainon ylläpito on edellytys elimistön normaalille toiminnalle, koska sekä liian korkea (hyperoksia) että liian matala (hypoksia) happipitoisuus ovat elimistölle stressitiloja ja johtavat pitkittyessään haitallisiin seurauksiin. Happipitoisuuden muutosten havaitsemiseksi ja niihin reagoimiseksi onkin elimistössä kehittynyt monimutkainen säätelyjärjestelmä, jossa avainasemassa on hypoksia-indusoituva tekijä HIF. Solun happipitoisuuden ollessa normaali yksi kolmesta HIF prolyyli 4-hydroksylaasi-isoentsyymistä (HIF-P4Ht 1-3) katalysoi kahden proliinitähteen hydroksylaation HIF-α-alayksikössä. 4-hydroksiproliini toimii signaalina HIF-α:n nopealle proteasomaaliselle hajotukselle. Lisäksi HIF asparaginyyli hydroksylaasi FIH:n katalysoima HIF-α:n asparagiinitähteen hydroksylaatio estää transaktivaatiovaikutuksen. Koska HIF-P4Ht ja FIH tarvitsevat kosubstraatikseen happea, nämä hydroksylaatioreaktiot vähenevät happipitoisuuden laskiessa, jolloin HIF-α stabiloituu ja siirtyy solun tumaan, jossa se muodostaa kompleksin HIF-β-alayksikön kanssa ja houkuttelee paikalle tarvittavat kofaktorit. HIF-kompleksi tehostaa hypoksiavasteessa tarvittavien geenien luentaa sitoutumalla tumassa niiden promoottoreihin ja pyrkii näin palauttamaan solun happipitoisuuden normaaliksi. Tässä työssä luotiin geneettisesti muunneltu HIF-P4H-2 hypomorfi-hiirilinja, jonka sydämissä tuottuu vain 8 % normaalista HIF-P4H-2 lähetti-RNA:n määrästä. HIF-P4H-2:n puutoksen havaittiin johtavan HIF-1α:n ja HIF-2α:n stabiloitumiseen sydämessä ja suojaavan sydäntä kudosvaurioilta iskemian ja reperfuusion aikana aiheuttamatta haitallisia vaikutuksia. Tässä väitöskirjassa karakterisoitiin aiemmin tuntematon ihmisen transmembraaninen prolyyli 4-hydroksylaasi, P4H-TM. Sen osoitettiin säätelevän HIF-1α:n määrää soluissa ja katalysoivan HIF-1α:n kahden proliinitähteen hydroksylaatiota in vitro-olosuhteissa HIF-P4H-entsyymien tavoin. Seeprakalamallin avulla näytettiin, että P4H-TM:n puutos kalan kehityksen aikana aiheuttaa tyvikalvopoikkeavuuksia ja johtaa vakavaan munuaisen toiminnan häiriintymiseen seeprakalan poikasissa. FIH:n katalysoiman hydroksylaatioreaktion kineettisiä ominaisuuksia verrattiin tässä tutkimuksessa ensimmäistä kertaa aiemmin tunnetun HIF-α substraatin ja uusien Notch substraattien kesken. Tulokset osoittivat, että substraatin sitomisessa ja hydroksylaatiossa on merkittäviä eroja eri substraattien välillä.

Abstract Parasites are an inseparable part of the life of wild birds. They may cause morbidity, mortality or reduction in fecundity. Parasite distribution in hosts is typically not uniform and many host factors (e.g. age) may affect the pattern of distribution. Under certain conditions, parasites even have the potential to regulate the host population. The grouse species of Finnish forests — the capercaillie Tetrao urogallus , the black grouse Lyrurus tetrix and the hazel grouse Tetrastes bonasia — harbour several species of intestinal helminth parasites. The populations have fluctuated in cyclic manner but the mechanisms behind the cycles are largely unknown. I studied the interactions of forest grouse and their intestinal helminth parasites by using intestinal samples collected by hunters in five game management districts during eight years (1995–2002). The most common parasite species in the samples was the nematode Ascaridia compar. Also, three species of cestodes (Skrjabinia cesticillus, Paroniella urogalli and Hymenolepis sp.) were found. Large size, male gender and age over 1 year were connected with an increased probability and intensity of A. compar infection. Juvenile grouse were commonly infected with cestodes while in adults infections were quite rare. The influence of inbreeding on the susceptibility to parasite infections was studied in the capercaillie by analysing microsatellite heterozygosity. The less heterozygous birds were more likely to be infected with A. compar and were more intensely infected suggesting negative influence of inbreeding on parasite resistance. An indirect negative effect of parasites was found by comparing bags hunted with a trained dog or without a dog. Grouse infected by cestodes were significantly more common in the dog-assisted bag. Thus, cestode infection seemed to make grouse more vulnerable to canine predation. The interaction between grouse population dynamics and parasites was studied by analyzing the grouse densities obtained from annual wildlife counts and parasite indices. A. compar was most common and most abundant in the years of grouse population decline. The grouse population growth rate was negatively correlated with the annual mean abundance of A. compar. Relative survival but not breeding success decreased as the abundance of A. compar increased. The findings suggest that A. compar influences the dynamics of Finnish grouse even though regular cyclic dynamics are no longer evident. / Tiivistelmä Loiset kuuluvat erottamattomana osana luonnonvaraisten lintujen elämään. Ne voivat aiheuttaa sairautta, kuolleisuutta tai hedelmällisyyden alentumista. Tyypillisesti loiset ovat levinneet isäntäpopulaatioon epätasaisesti ja monet isännän ominaisuudet (esim. ikä) vaikuttavat levinneisyyteen. Tietyissä oloissa loiset voivat jopa säädellä isäntäpopulaatiotaan. Suomalaiset metsäkanalinnut — metso Tetrao urogallus, teeri Lyrurus tetrix ja pyy Tetrastes bonasia — ovat useiden suolistoloismatolajien isäntiä. Metsäkanapopulaatiot ovat vaihdelleet syklisesti, mutta syklejä aiheuttavat mekanismit ovat yhä tuntemattomia. Tutkin metsäkanalintujen ja niiden suolistoloisten välisiä vuorovaikutuksia käyttäen metsästäjien vuosina 1995–2002 viidestä eri riistanhoitopiiristä keräämiä suolistonäytteitä. Yleisin loislaji näytteissä oli kanalintusuolinkainen, Ascaridia compar. Myös kolme heisimatolajia (Skrjabinia cesticillus, Paroniella urogalli ja Hymenolepis sp.) todettiin. Suuri koko, koirassukupuoli ja yli yhden vuoden ikä olivat yhteydessä suurempaan kanalintusuolinkaistartunnan todennäköisyyteen ja voimakkuuteen. Nuorilla (alle 1 v.) linnuilla heisimadot olivat yleisiä, kun taas aikuisilla tartunnat olivat varsin harvinaisia. Sisäsiittoisuuden vaikutusta loistartuntaherkkyyteen tutkittiin metsolla mikrosatelliittiheterotsygotian perusteella. Vähemmän heterotsygoottiset metsot olivat todennäköisemmin ja voimakkaammin suolinkaisten infektoimia, mikä viittaa sisäsiittoisuuden negatiiviseen vaikutukseen loisten vastustuskykyyn. Loisten epäsuora haitallinen vaikutus havaittiin, kun verrattiin koiran kanssa ja ilman koiraa metsästettyä lintusaalista. Heisimadot olivat selvästi yleisempiä linnuilla, jotka oli metsästetty koiran kanssa kuin ilman koiraa metsästetyillä. Heisimatotartunta näytti siis altistavan metsäkanoja koiraeläinten saalistukselle. Metsäkanalintu- ja loispopulaatioiden välistä vuorovaikutusta tutkittiin analysoimalla vuosittaisia metsäkanatiheyksiä ja loisten runsautta. Kanalintusuolinkainen oli yleisimmillään ja runsaimmillaan metsäkanatiheyden laskuvuosina. Metsäkanapopulaation vuosittainen kasvuvauhti korreloi negatiivisesti kanalintusuolinkaisen vuosittaisen runsauden kanssa. Suhteellinen elossasäilyvyys laski kanalintusuolinkaisen runsauden lisääntyessä, mutta lisääntymistuloksen suhteen ei ollut samaa ilmiötä. Löydökset viittaavat siihen, että kanalintusuolinkaisella on vaikutusta suomalaisten metsäkanalintukantojen vaihteluihin, vaikka syklisiä kannanvaihteluja ei enää havaitakaan.

Abstract Physical activity reduces mortality and morbidity and improves physical and psychological health. Lately, the detrimental health associations of excess sedentary time have also been acknowledged. It is still unknown how temporal patterns of physical activity and sedentary time are associated with health, as previous studies have mainly focused on summary metrics of these behaviors; for example, the weekly duration of moderate to vigorous physical activity. This study aimed to investigate the associations between the amount and temporal patterns of physical activity and sedentary time and health at mid-life. Physical activity and sedentary time were objectively measured for two weeks using an accelerometer-based activity monitor in the Northern Finland Birth Cohort 1966 46-year follow-up (n=5,621). Participants attended clinical examinations and completed health and behaviour questionnaires. A machine learning method (X-means cluster analysis) was used to identify distinct groups of participants with different patterns of physical activity and sedentary behaviour based on the activity data. A positive, dose-response association was found with perceived health and self-reported leisure time and objectively measured moderate to vigorous physical activity. Higher prolonged sedentary time was associated with better heart rate variability but not with resting heart rate or post-exercise heart rate recovery. Four distinct physical activity clusters (inactive, evening active, moderately active and very active) were recognised. The risk of developing cardiovascular disease was significantly lower in the very active cluster compared to the inactive, and in women also in the moderately active cluster compared to the inactive and evening active clusters. On average, the cardiovascular disease risk was low, indicating good cardiovascular health in the study population. Prolonged sedentary time was associated with cardiac autonomic function, which in this study was not explained by physical activity or cardiorespiratory fitness level. Higher cardiovascular disease risk was found in the activity clusters in which the amount of physical activity was lower and in women took place later in the evening. Results of the study can be used for designing feasible interventions for risk groups with unhealthy physical activity and sedentary behaviour patterns. / Tiivistelmä Fyysinen aktiivisuus vähentää sairastavuutta, kuolleisuutta sekä parantaa fyysistä ja psyykkistä terveyttä. Viime aikoina on lisäksi tunnistettu liiallisen paikallaanolon terveyshaitat. Vielä ei tiedetä, miten fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon ajallinen jakautuminen päivän aikana vaikuttaa terveyteen, koska aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet enimmäkseen tiettyihin summamuuttujiin kuten kohtuullisesti kuormittavan liikkumisen määrään viikossa. Työn tarkoituksena oli tutkia fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon määrän ja ajallisen jakautumisen terveysyhteyksiä keski-iässä. Fyysinen aktiivisuus ja paikallaanolo mitattiin kiihtyvyysanturipohjaisella aktiivisuusmittarilla kahden viikon ajan Pohjois-Suomen vuoden 1966 syntymäkohortin 46-vuotistutkimuksessa (n=5621). Tutkittavat osallistuivat kliinisiin tutkimuksiin ja täyttivät kyselyitä terveydentilastaan ja käyttäytymisestään. Koneoppimismenetelmällä (X-means cluster analysis) tutkittavat luokiteltiin aktiivisuusdatan perusteella ryhmiin, joissa fyysisen aktiivisuuden määrä ja ajallinen jakautuminen päivän aikana poikkesi mahdollisimman paljon ryhmien välillä. Positiivinen annos-vasteyhteys löydettiin koetun terveyden ja itseraportoidun vapaa-ajan liikunnan sekä mitatun kohtuullisesti kuormittavan liikkumisen väliltä. Suurempi pitkittynyt paikallaanoloaika oli yhteydessä parempaan sykevälivaihteluun mutta ei leposykkeeseen tai harjoituksen jälkeiseen sykkeen palautumiseen. Neljä aktiivisuusryhmää tunnistettiin (inaktiiviset, ilta-aktiiviset, kohtuullisen aktiiviset ja erittäin aktiiviset). Sydän- ja verisuonitautien sairastumisriski oli merkitsevästi pienempi erittäin aktiivisessa ryhmässä verrattuna inaktiiviseen ryhmään ja lisäksi naisilla kohtuullisen aktiivisessa ryhmässä verrattuna inaktiiviseen ja ilta-aktiiviseen ryhmään. Sairastumisriski oli keskimäärin matala viitaten hyvään sydänterveyteen tutkimusjoukossa. Pitkillä paikallaanolojaksoilla oli yhteys sydämen autonomiseen säätelyyn, jota tässä työssä ei selittänyt fyysinen aktiivisuus tai aerobinen kunto. Korkeampi sydän- ja verisuonitautien riski löydettiin aktiivisuusryhmistä, joissa fyysisen aktiivisuuden määrä oli vähäisempää ja naisilla painottunut myöhäisempään iltaan. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää interventioiden suunnittelussa riskiryhmille, joiden fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon piirteet ovat terveydelle haitallisia.

Abstract 2-oxoglutarate-dependent dioxygenases (2-OGDDs) are an enzyme family that contains many enzymes that modify chromatin in extensive ways. These enzymes include several histone lysine demethylases (KDMs) and TET enzymes that convert methylated cytosine (5-mC) to 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) ultimately leading to DNA demethylation. Disturbed DNA and histone methylation are found in many cancers. However, the role of KDMs and TETs behind these oncogenic changes has so far not been fully investigated. This study focused on the role of these chromatin-modifying enzymes in cancers with special emphasis on enzyme kinetic studies. Cancers with inactivating fumarate hydratase (FH), succinate dehydrogenase (SDH) and isocitrate dehydrogenase (IDH) mutations accumulate fumarate, succinate and R-2-hydroxyglutarate, respectively. In this study we showed how these cancer-associated 2-oxoglutarate (2-OG) analogues can inhibit the TET enzymes and many of the KDMs leading to lower 5-hmC levels and increased H3K27 and H3K9 methylation on chromatin, respectively. We also characterized kinetic properties of acute myeloid leukaemia (AML)-associated TET2 mutants and found that their ability to bind 2-OG or iron was impaired leading to diminished catalytic activity. Tumours are often hypoxic due to inadequate vasculature and blood supply. The TET enzymes and KDMs require oxygen for the reactions they catalyse. We determined the oxygen affinity of TETs and many KDMs and found that a H3K27 demethylase KDM6A has a remarkably low affinity for oxygen indicating that it is inactivated in hypoxic tumours and tissues. H3K27 methylation was found to be increased in hypoxic cells and this blocked cell differentiation. Altogether, these studies shed light on the mechanisms behind the altered DNA and histone methylation found in several cancers with hypoxic conditions or FH, SDH and IDH mutations. Altered DNA and histone methylation has previously been associated with progression of cancer, such as epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). We now linked catalytic inhibition of 2-OGDDs to disturbed DNA and histone methylation that can account for altered cell differentiation, EMT and increased aggressiveness and invasiveness of cancers. / Tiivistelmä 2-oksoglutaraatista riippuvaiset dioksygenaasit ovat entsyymiperhe, johon kuuluu useita entsyymejä, jotka muokkaavat kromatiinin epigeneettisiä merkkejä monin tavoin. Näitä entsyymejä ovat mm. DNA:n demetylaatioon vaikuttavat TET-entsyymit sekä useat histonidemetylaasit. Vaikka muutoksia DNA:n ja histonien metylaatiotasoissa on havaittu useissa syövissä, ei näiden entsyymien roolia muutosten taustalla ole vielä tutkittu. Tämä tutkimus kohdistui näiden epigenetiikkaan vaikuttavien entsyymien roolin ymmärtämiseen syövissä keskittyen erityisesti kyseisten entsyymien kinetiikkaan. Useissa syövissä on havaittu fumaraattihydrataasin, sukkinaattidehydrogenaasin ja isositraattidehydrogenaasien aktiivisuuteen vaikuttavia mutaatioita, jotka johtavat fumaraatin, sukkinaatin ja R-2-hydroksiglutaraatin kertymiseen syöpäsoluihin. Tässä tutkimuksessa osoitimme, kuinka nämä karsinogeeniset 2-oksoglutaraattianalogit voivat inhiboida TET-entsyymejä ja histonidemetylaaseja, mikä alentaa 5-hydroksimetyylisytosiinitasoja ja lisää histonien metylaatiota. Näytämme myös, kuinka tietyillä akuutissa myelooisessa leukemiassa esiintyvillä TET2-mutanteilla on heikentynyt kyky sitoa 2-oksoglutaraattia tai rautaa, mikä johtaa entsyymien aktiivisuuden laskuun. Kasvainkudoksissa happipitoisuudet ovat usein matalia nopean kasvun ja puutteellisen verisuonituksen vuoksi. TET-entsyymit ja histonidemetylaasit vaativat happea katalysoimissaan reaktioissa. Määritimme TET-entsyymien ja monien histonidemetylaasien riippuvuutta hapesta ja osoitimme, että H3K27-histonidemetylaasi KDM6A on erittäin riippuvainen hapesta, mikä osoittaa, ettei se pysty toimimaan kasvaimissa ja kudoksissa, joissa happipitoisuudet ovat matalia. Huomasimme, että vähähappisissa olosuhteissa solujen H3K27 metylaatio on lisääntynyt, mikä johti erilaistumisen estymiseen soluissa. Tämä tutkimus paljasti uusia mekanismeja useista syövistä löytyneiden muuntuneiden DNA:n ja histonien metylaatiotasojen taustalla. Häiriintynyt DNA:n ja histonien metylaatio on aiemmin yhdistetty syöpien etenemiseen, erityisesti solujen erilaistumisen häiriintymisen kannalta. Tässä tutkimuksessa yhdistimme 2-oksoglutaraatista riippuvaisten entsyymien inhibition häiriintyneeseen DNA:n ja histonien metylaatioon, joka voi johtaa muuntuneeseen solujen erilaistumiseen ja lopulta lisääntyneeseen syöpien aggressiivisuuteen ja invasiivisuuteen.

Abstract Wnt4, a member of the Wnt family of secreted factors, is essential for kidney organogenesis since the kidney fails to develop in its absence. Besides the kidney, Wnt4 signaling is involved in the control of development of several other organs such as the gonads, adrenal glands and pituitary gland. In the context of the embryonic kidney, Wnt4 signaling induces mesenchymal to epithelial transition of the progenitor cells in the metanephric mesenchyme, an early step in nephrogenesis. Wnt4 signaling may also be relevant in the development of a childhood kidney tumor, the Wilms’ tumor, that involves the function of Wilms’ tumor suppressor protein 1 (WT1). Wilms’ tumor is thought to arise from the early metanephric mesenchymal cells of the embryonic kidney, but the detailed mechanisms are not known. The main aim of this project was to study the mechanisms that regulate expression of the Wnt4 gene by using immortalized embryonic kidney mesenchyme-derived mK4 cells as a model. The Wnt4 gene expression was also analyzed in vivo in the frog embryonic pronephros. Through the use of reporter assays and a two-hybrid screen, Sox11, a member of the SoxC family of transcription factors, was identified as a synergistic protein that interacts with WT1. Immunoprecipitation studies provided further evidence that Sox11 and WT1 may physically interact with each other in the developing embryonic kidney. Indeed, Sox11 and WT1 may regulate the Wnt4 gene expression in vivo since the morpholino-based knock-down of either WT1 or Sox11 led to notable downregulation of the Wnt4 gene expression in the frog embryonic pronephros. The other general aim of this thesis was to develop novel tissue targeting and therapy tools to the cell lineages regulated by the Wnt4 signals, including the podocytes. For this purpose, we utilized mice carrying a floxed expression cassette for the avidin-LDL receptor fusion protein, Lodavin, in the constitutively active Rosa-26 locus. Three Cre driver mice, including the Wnt4-Cre knock-in line, were used to activate Lodavin expression in the respective cells of the embryonic kidney. Moreover, we generated a podocyte injury model by expressing the human receptor for diphtheria toxin specifically in the podocytes. This was achieved by crossing mice containing a floxed expression cassette for this receptor in the Rosa-26 locus with those expressing the Cre recombinase under the nephrin promoter. Administration of diphtheria toxin led initially to podocyte damage only, followed by a progression to glomerular sclerosis. As a summary, Sox11 and WT1 serve as synergistic transcription factors that may regulate expression of the Wnt4 gene in vivo. The transgenic mouse models generated and used provide the basis to generate acute and chronic kidney disease models and the potential to purify the respective cells for developing cell-based therapy avenues for the kidney. Moreover, the Lodavin-based approaches may enable targeted delivery of biotinylated small compounds, proteins, viruses or even cells and novel means for in vivo imaging and functional studies. / Tiivistelmä Wnt-4 kuuluu signaloivien proteiinien Wnt-perheeseen ja sen toiminta on välttämätöntä munuaisen kehityksessä. Ilman Wnt-4 proteiinia munuainen ei kehity. Munuaisen lisäksi Wnt4-signalointi on mukana useiden muiden elinten, kuten sukurauhasten, lisämunuaisen ja aivolisäkkeen säätelyssä. Alkion munuaisessa Wnt4-signalointi saa aikaan mesenkymaalisen kantasolukon epitelisoitumisen, edustaen näin ollen nefronin kehityksen varhaisia vaiheita. Wnt4-signaloinnilla on myös merkittävä asema lapsuusiän munuaiskasvaimen, niin kutsutun Wilmsin kasvaimen kehittymisessä. Tämän tyyppisessä kasvaimessa keskeisenä on Wilmsin tuumoriproteiinin WT1:n toiminta, mutta myös Wnt4:n toiminnalla voi olla merkitystä. Wilmsin kasvaimen arvellaan saavan alkunsa varhaisista sikiöaikaisista jälkimunuaisen soluista, mutta yksityiskohtaisia mekanismeja ei vielä tunneta. Tämän projektin tarkoituksena oli tutkia Wnt4-geenin ilmentymistä sääteleviä mekanismeja käyttäen mallina mK4-soluja eli alkion munuaisesta saatuja, immortalisoituja soluja. Wnt4-geenin ilmentymistä analysoitiin myös in vivo sammakon alkion alkumunuaisessa. Tuplahybridi-analysoinnin avulla tunnistettiin transkriptiotekijäperhe SoxC:n jäsen Sox11 samantoimiseksi proteiiniksi transkriptiotekijä WT1:n kanssa Wnt4-geenin ilmentymisen säätelyssä. Immunopresipitaatiotutkimukset tukivat ajatusta, että Sox11 ja WT1 voisivat olla fyysisessä vuorovaikutuksessa säädellessään nefroninmuodostuksen alullepanossa ratkaisevan Wnt4-geenin ilmentymistä. Sox11 ja WT1 voivat mahdollisesti säädellä Wnt4-geenin ilmentymistä myös in vivo, sillä morfoliineihin perustuvissa kokeissa sekä WT1:n että Sox11:n hiljennys laski Wnt4-geenin ilmentymistasoa sammakon alkumunuaisessa. Tämän väitöstutkimuksen toinen yleinen tavoite oli kehittää uusia kudoskohdennus- ja terapiakeinoja Wnt4-signaloinnin säätelemille solulinjoille, kuten podosyyteille. Tätä tarkoitusta varten kloonattiin siirtogeeninen hiiri, jossa floksattu avidiini-LDL -reseptorifuusioproteiini, Lodavin, kohdennettiin jatkuvasti aktiiviseen Rosa-26 -lokukseen. Kolmea eri Cre-hiirilinjaa käytettiin aktivoimaan Lodavinin ilmentyminen kussakin tietyssä alkion munuaisen solupopulaatiossa. Yksi näistä Cre-linjoista oli Wnt4-Cre. Jotta kyettäisiin vahingoittamaan samoja soluja, jotka ilmentävät Lodavinia, hyödynnettiin difteriamyrkyn ihmisen reseptoria (iDTR). IDTR:n ilmentäminen tietyissä hiiren soluissa tekee ne alttiiksi tappavalle difteriamyrkylle. IDTR-perusteisen munuaisvauriomallin kehittämiseksi käytettiin floksattua iDTR-hiirimallia, ja geenin ilmentyminen aktivoitiin Wnt4-indusoiduissa munuaissolulinjoissa, erityisesti podosyyteissä Nephrin Cre -välitteisesti. NephrinCre;R26RiDTR hiiriä altistettiin difteriamyrkylle ja niiden munuaiskerästen muutoksia seurattiin. Tutkimukset antavat viitteitä siitä, että R26R-floksatut iDTR-hiiret toimivat hyvänä mallina kehitettäessä sekä akuutteja että kroonisia munuaistautimalleja. Yhteenvetona voidaan todeta, että Sox-11 ja WT-1 ovat samantoimisia transkriptiotekijöitä, jotka voivat säädellä Wnt4-geenin ilmentymistä in vivo. Tutkimuksessa kehitetyt ja käytetyt siirtogeeniset hiirimallit tarjoavat perustan kehittää sekä akuutteja että kroonisia munuaistautimalleja. Samalla ne mahdollistavat kulloistenkin solujen eristämisen uusien soluperusteisten hoitomenetelmien kehittelemiseksi. Lisäksi Lodavin-perusteiset lähestymistavat voivat mahdollistaa biotinyloitujen pienten yhdisteiden, proteiinien, virusten tai jopa solujen kuljetuksen kohdennetusti sekä avata uusia mahdollisuuksia in vivo -kuvantamiselle ja toiminnallisille tutkimuksille.