Abstract A non-ischemic etiology of sudden cardiac death (SCD), mostly due to various cardiomyopathies (CMP), accounts for about 20% of all SCDs. Most of the major studies of risk factors for SCD have focused on coronary artery disease (CAD). The aim of the present study was to clarify the characteristics of non-ischemic SCD in Northern Finland. In this study, consecutive victims of SCD (n=2661) were prospectively collected, and among whom post-mortem examinations were performed between 1998 and 2007. Information about the SCD victims was obtained from a combination of available medical records, postmortem examination reports, medication used at the time of SCD, and standardized questionnaire filled out by the closest family members of the victims of SCD. We also screened the candidate genes from a Finnish family in which fatal arrhythmias was first manifestation of a cardiac disease. The collagen content of the myocardium from histological samples in victims of SCD due to idiopathic myocardial fibrosis (IMF) was also evaluated. CAD was the most common cause of death (2082 victims, 78.2%). The prevalence of non-ischemic SCDs was 21.8% of all the SCDs. After sub-grouping the non-ischemic SCDs into various categories, the most common cause of death was CMP related to obesity (23.7%), followed by alcoholic CMP (19.0%), hypertensive CMP (15.5%) and IMF (13.6%). The association of SCD with IMF is notably frequent among victims <40 years old (28.3%). The prevalence of family history of SCD was significantly higher in the victims of ischemic (34.2%) than non-ischemic SCD (13.4%, P<0.001) or controls (17.6%, P<0.001). Lamin A/C gene mutation R541C was found from Finnish SCD family, in which the IMF was predominant pathologic-anatomic finding. Myocardial type I collagen synthesis was increased in victims of SCD due to IMF. In conclusion, the characteristics of non-ischemic SCD in Finland differ from those reported previously. Higher prevalences of CMP-associated SCDs related to obesity, IMF and alcoholic CMP were observed as clinical and/or pathologic bases for non-ischemic SCD. The family history of SCD is not significantly increased in victims of non-ischemic SCD, suggesting a larger role of sporadic occurrence than inherited traits as the cause of non-ischemic SCD. Replacement of cardiac myocytes by fibrosis can be responsible for fatal cardiac arrhythmias in subjects with the lamin A/C gene mutation. The victims of SCD due to IMF have increased myocardial type I collagen synthesis. / Tiivistelmä Ei-iskeeminen sydänperäinen äkkikuolema aiheuttaa noin 20 % kaikista sydänperäisistä äkkikuolemista. Suurin osa ei-iskeemisistä sydänperäisistä äkkikuolemista johtuu erilaisista sydänlihassairauksista, kardiomyopatioista. Useimmat sydänperäisen äkkikuoleman riskitekijöitä kartoittavista tutkimuksista ovat keskittyneet sepelvaltimotautiin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman tunnuspiirteitä pohjoissuomalaisessa väestössä. Tutkimuksessa käytettiin potilasaineistona sydänperäiseen äkkikuolemaan menehtyneitä vainajia (n=2661), joille on tehty oikeuslääketieteellinen ruumiinavaus. Tiedot vainajista saatiin saatavilla olevista potilaskertomuksista, ruumiinavauspöytäkirjoista, äkkikuoleman aikaisesta lääkityksestä ja lähiomaisille lähetetystä standardisoidusta kyselylomakkeesta. Kandidaattigeenit tutkittiin pohjoissuomalaisesta perheestä, jossa ensimmäinen oire sydänsairaudesta oli hengenvaarallinen rytmihäiriö. Lisäksi sydänlihaksen kollageenikoostumus analysoitiin histologisista näytteistä potilailta, joiden sydänperäinen äkillinen kuolema johtui idiopaattisesta sydänlihaksen sidekudoskasvusta. Sepelvaltimotauti oli yleisin sydänperäisen äkkikuoleman aiheuttaja (n=2082, 78,2 %). Ei-iskeemisten sydänperäisten äkkikuolemien osuus oli 21,8 % (n=579) kaikista sydänperäisistä äkkikuolemista. Ei-iskeemiset sydänperäiset äkkikuolemat jaettiin alaryhmiin, joista yleisimmät olivat lihavuuteen assosioituva kardiomyopatia (23,7 %), alkoholikardiomyopatia (19,0 %), korkeaan verenpaineeseen assosioituva kardiomyopatia (15,5 %) sekä idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu (13,6 %), joka myös oli yleisin ei-iskeemiseen sydänperäiseen äkkikuolemaan johtava syy alle 40-vuotiailla (28,3 %). Positiivinen sydänperäisen äkkikuoleman sukuhistoria oli tilastollisesti merkitsevästi yleisempää iskeemisillä (34,2 %) kuin ei-iskeemisillä (13,4 %) sydänperäisen äkkikuoleman uhreilla. Lamin A/C – geenin mutaatio löydettiin pohjoissuomalaisesta äkkikuolemaperheestä, jossa idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu todettiin pääasialliseksi patologiseksi löydökseksi. Tyypin I kollageenin synteesi todettiin kohonneeksi idiopaattiseen sydänlihaksen sidekudoskasvuun menehtyneillä vainajilla. Yhteenvetona voidaan todeta, pohjoissuomalaisen väestön ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman tunnuspiirteet eroavat aiemmin raportoiduista; lihavuuteen assosioituva kardiomyopatia, alkoholikardiomyopatia, sekä idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu olivat aiempaa yleisempiä ei-iskeemisen äkkikuoleman aiheuttajia. Positiivinen sydänperäisen äkkikuoleman sukuhistoria ei ollut tilastollisesti merkitsevästi kohonnut ei-iskeemisen sydänperäiseen äkkikuolemaan menehtyneillä. Tämä tarkoittaa, että perinnöllinen syy ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman aiheuttajana on luultua harvinaisempi. Lamin A/C – geenimutaation kantajilla sydänlihassolujen korvautuminen sidekudoksella todettiin hengenvaarallisen rytmihäiriön aiheuttajaksi. Lisäksi, tyypin I kollageenin synteesi todettiin kohonneeksi idiopaattiseen sydänlihaksen sidekudoskasvuun menehtyneillä vainajilla.

Abstract Organogenesis involves precursor cells proliferation, differentiation along with their coordinated organization into precise multicellular arrangements by planar cell polarity (PCP) pathways. The beta-catenin independent/non-canonical type of Wnt-11 signaling has been known as a PCP modulator during development. In this thesis were analyzed the roles of Wnt-11 in heart and kidney development by using in vivo functional genomics technologies. We show that the Wnt-11 gene is important for murine ventricular myocardium development, since Wnt-11 deficiency in early cardiogenesis leads to impaired organization and maturation of mouse ventricular cardiomyocytes, causing primary cardiomyopathy with in utero lethality. Wnt-11 coordinates the co-localized expression of the cell adhesion molecules N-cadherin and β-catenin, which are critical for the spatially specific organization of cardiomyocytes. We show that Wnt-11 deficiency causes primary hypertrophic and noncompaction cardiomyopathy in adult mice, with consequences for regional myocardium function. The Wnt family of secreted signals has been implicated in kidney tubule development and tubular cystic diseases such as polycystic kidney disease. We show here that Wnt-11 is expressed in mature nephrons and is involved in late steps of nephrogenesis, since the kidney tubule organization is deregulated in Wnt-11 deficient kidneys, to enlarged lumen with increased convolution. These tubule abnormalities are associated with glomerular microcyst formation and kidney failure. Wnt-11 deficiency reduced significantly Wnt-9b expression, a critical signal for PCP-mediated kidney tubule elongation. In the cortical region this associated with reduced expression of nephron and stromal progenitor cell marker. The results in this thesis point out that Wnt-11 function is required for proper myocardium organization and maturation as well as proper morphogenesis of the kidney tubules during the embryonic and postnatal developmental stages. Wnt-11 knockout phenotypes depend on the genetic background, similarly to human congenital disease. This data may be relevant for human congenital cardiomyopathy and glomerulocystic kidney disease studies. / Tiivistelmä Alkion sisäelinten kehityksen aikana esisolut lisääntyvät ja erilaistuvat muodostaen tarkoin määriteltyjä monisoluisia rakenteita. Muodostuvan kudosrakenteen määrittelyssä erilaiset solusignaalit ovat keskeisessä asemassa. Yksi näistä on nk. Wnt signaali perhe. Wnt perheeen jäsen Wnt-11 tehtävät on huonosti tunnettu. Wnt-11 viestittää ilmeisesti nk. planaaristen solupolariteettireittien (PCP) avulla, joka on beeta-kateniinista riippumattoman nk. ei-kanonisen Wnt signaali. Väitöskirjatyössä selvitettiin Wnt-11:n vaikutuksia sydämen ja munuaisten kehitykseen in vivo funktionaalisten genomisten menetelmien avulla. Ihmisen synnynnäiset kardiomyopatiat ovat sydänlihaksen ensisijaisia vaurioita, joiden taustalla on sydänlihaksen kehityshäiriö. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-geenillä on tärkeä merkitys hiiren sydänkammion kehitykselle, koska Wnt-11-geenin puute sydämen varhaisen kehityksen vaiheessa johtaa sydänlihassolujen järjestäytymisen ja kypsymisen häiriintymiseen, jolloin seurauksena on ensisijaisesta kardiomyopatiasta johtuva sikiökuolema. Wnt-11 koordinoi kahden solukiinnitysmolekyylin, N-kadheriinin ja β-kateniinin, samanaikasta ilmentymistä. Kyseiset molekyylit ovat keskeisen tärkeitä sydänlihasssolujen spatiaalisen järjestäytymisen kannalta. Tutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11-puutos aiheuttaa aikuisilla hiirillä ensisijaista sydänlihaksen liikakasvua ja trabekuloivaa kardiomyopatiaa, mikä vaikuttaa sydänlihaksen toimintaan. Tuloksilla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnäisiä kardiomyopatioita. Wnt-signaaliperheen on osoitettu olevan yhteydessä munuaisputken kehitykseen ja sen sairauksiin, kuten munuaisten monirakkulatautiin. Väitöstutkimuksessa osoitetaan, että Wnt-11 ilmentyy kypsissä nefroneissa ja että se osallistuu nefrogeneesiin myöhempiin vaiheisiin, koska munuaisputken kehityksen säätely on poikkeavaa niissä munuaisissa, joista Wnt-11 puuttuu. Seurauksena on laajentunut, normaalia poimuttuneempi luumen. Munuaisputken poikkeavuuksilla oli yhteyttä munuaiskerästen mikrokystien muodostumiseen sekä munuaisten vajaatoimintaan. Wnt-11 -puute vähensi huomattavasti Wnt-9b-ilmentymistä, joka on PCP-välitteisen munuaisputken pidentymisen kannalta keskeisen tärkeä signaali. Kortikaalialueella Wnt9b:n vaimennussäätely liittyi poikkeavaan solujen lisääntymiseen, apoptoosiin ja kypsymiseen sekä vähentyneeseen nefroni- ja stroomakantasolujen merkkiaineen ilmentymiseen. Väitöskirjatutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että Wnt-11 -toiminto on välttämätön sydänlihaksen normaalin muodostumisen ja kypsymisen sekä munuaisputken normaalin morfogeneesin kannalta sikiövaiheen ja syntymän jälkeisen kehityksen aikana. Wnt-11 -poistogeenisen hiiren fenotyypi riippuu geneettisestä tausta, samaan tapaan kuin ihmisen synnynnäisissä sairauksissa. Väitöstutkimuksesta saatavalla tiedolla voi olla merkitystä tutkittaessa ihmisen synnynnnäistä kardiomyopatiaa ja munuaisten monirakkulatautia.