Abstract Deficiency of pulmonary surfactant is the main cause of respiratory distress syndrome (RDS) in premature newborn infants, which is often complicated by chronic lung disease (CLD). Preterm birth is often associated with intra-amniotic infection (IUI), which is characterized by increased proinflammatory cytokines, such as interleukin-1 (IL-1) and tumor necrosis factor-α (TNF-α), in the amniotic fluid. In very preterm birth due to IUI, the incidence of RDS is decreased, while the incidence of CLD is increased. Maternal glucocorticoids are used in imminent preterm birth to prevent RDS. This study was designed to clarify the contrasting association of these perinatal pulmonary diseases with IUI and the pathogenesis of these lung diseases using an in vitro rabbit model. IL-1 increased the expression of surfactant protein (SP)-A and SP-B in very immature lung. Contrariwise, in transitional and mature fetal lung as well as in newborn lung, IL-1 additively with TNF-α decreased the expression of SP-B and SP-C. Bacterial lipopolysaccharide (LPS) decreased SP-A, -B and -C mRNAs in mature fetal and newborn lung, but had no effect on SP expression in immature lung. Interferon-γ (IFN-γ) had no effect on SP expression at any gestational age, but it modified the effects of the other cytokines. Dexamethasone (Dx) and IL-1 in combination additively increased SP-A and SP-B mRNAs in immature lung. Dx abolished the inhibitory effect of IL-1 on SP-B and SP-C in mature lung. Dx and IL-1 together tended to stabilize SP mRNAs. The present findings provide additional evidence of the role of the transcription factors nuclear factor-κB (NF-κB) and C/CAAT enhancer-binding protein δ (C/EBPδ) in the upregulation of SP-A by IL-1 in immature lung. Proinflammatory cytokines profoundly influence the expression of surfactant proteins in a manner that is strictly dependent on the length of gestation. The present findings help to explain the differences in the incidence of RDS and CLD in preterm births caused by IUI, and they may clarify further the role of surfactant in the pathogenesesis of lung diseases in neonatal infants. / Tiivistelmä Keuhkosurfaktantin puute aiheuttaa ennenaikaisesti syntyville keskosille vastasyntyneen hengitysvaikeusoireyhtymää eli RDS-tautia (Respiratory Distress Syndrome). Toinen keskosilla esiintyvä keuhkosairaus on krooninen keuhkosairaus eli CLD (Chronic Lung Disease). Glukokortikoideja käytetään hoitona ennenaikaisen synnytyksen uhatessa, koska niiden tiedetään vähentävän RDS-taudin riskiä. Kohdunsisäinen infektio on huomattava ennenaikaisen synnytyksen aiheuttaja. Infektiossa tulehduksen välittäjäaineet, kuten sytokiinit interleukiini-1 (IL-1) ja tuumorinekroositekijä alfa (TNF-α) lisääntyvät lapsivedessä. Infektiosta aiheutunut ennenaikainen synnytys vähentää RDS-taudin ilmaantumista pienille keskosille ja toisaalta lisää kroonisen keuhkosairauden riskiä. Tutkimuksen oli tavoitteena selvittää, miksi RDS ja CLD ilmaantuvat eriävästi infektion vuoksi ennenaikaisesti syntyneille vauvoille. Viljelemällä eri-ikäisten kanin sikiöiden sekä vastasyntyneiden kanin poikasten keuhkon kappaleita tutkittiin tulehduksen välittäjäaineiden sekä anti-inflammatorisen glukokortikoidin (deksametasonin) vaikutusta surfaktantin toiminnalle tarpeellisten surfaktanttiproteiinien (SP) ilmentymiseen. IL-1 lisäsi SP-A:n ja SP-B:n ilmentymistä erittäin epäkypsässä kanin sikiön keuhkossa. Toisaalta IL-1 ja TNF-α vähensivät SP-B:n ja SP-C:n ilmentymistä kypsemmässä sikiön sekä vastasyntyneen kanin keuhkossa. Interferoni-gamma (IFN-γ) ei vaikuttanut surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen missään gestaatioiässä, mutta se muunsi muiden sytokiinien surfaktanttivaikutusta. Gram-negatiivisten bakteerien soluseinän tuote, lipopolysakkaridi (LPS) vähensi SP-A:n, SP-B:n ja SP-C:n ilmentymistä kypsässä kanin sikiön ja vastasyntyneen kanin keuhkossa. IL-1:llä ja deksametasonilla oli positiivinen yhteisvaikutus surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen. Tämän surfaktanttiproteiineja lisäävän vaikutuksen mekanismiksi havaittiin pääasiallisesti lisääntynyt mRNA:n stabiliteetti. Lisäksi tutkimus antaa lisätietoa kahden transkriptiofaktorin, NF-κB:n (nuclear factor kappa B) ja C/EBPγ:n (C/CAAT enhancer binding protein delta), osuudesta IL-1:n aiheuttamassa SP-A:n ilmentymisen lisääntymisessä. Sytokiinien vaikutukset surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen ovat riippuvaisia gestaatioiästä. Tutkimuksen löydökset auttavat ymmärtämään RDS:n ja CLD:n vastakohtaista esiintymismäärää keskosilla, joiden ennenaikainen synnytys on aiheutunut kohdunsisäisestä tulehduksesta. Edelleen tutkimus selittää glukokortikoidien positiivista vaikutusta hengitysvajaukseen johtavassa keuhkotulehduksessa.

Abstract Each year in Finland, approximately 5.7% of infants are born preterm, i.e., before 37 completed weeks of gestation. Preterm birth is a major cause of mortality and several neonatal morbidities, especially the respiratory diseases. Infants born very preterm (<32 wk) are at higher risk of developing a chronic lung disease called bronchopulmonary dysplasia (BPD). The genetic factors predisposing to spontaneous preterm birth (SPTB) and BPD are incompletely known. The aims of this thesis project were to identify genetic factors that affect susceptibility to SPTB and BPD. Genetic case-control association studies were performed in mothers and infants of northern Finnish origin (SPTB study), or in multiple populations of very preterm infants of Finnish or European origin (BPD study). The candidate genes were selected based on their proposed roles in inflammation which is involved in both SPTB and BPD susceptibility. Additionally, the aim was to study the possible functional role of polymorphisms in the gene encoding surfactant protein B (SP-B) that have been shown previously to associate with pulmonary function. An association between Met31Thr polymorphisms in the gene encoding SP-D (SFTPD) and SPTB infants was found. The other collectin genes that were studied, encoding SP-A and mannose-binding lectin, did not associate with SPTB in mothers or infants. An intronic polymorphism in the gene encoding Kit ligand (KITLG) was associated with the risk of BPD in the northern Finnish and in the combined population that originated from Finland, Canada and Hungary. The role of KITLG in BPD was further supported by biomarker data, which showed higher concentrations of Kit ligand at the time of birth in infants that later developed BPD. The genes encoding interleukin 6 (IL-6), its receptors, IL-10, tumor necrosis factor alpha or glucocorticoid receptor did not associate with BPD susceptibility. Finally, a genetic variant 131Thr in the gene encoding SP-B (SFTPB) was associated with lower SP-B levels in vivo and delayed secretion in vitro. To date, there is no effective method to prevent SPTB, and especially the extremely preterm infants are at an increased risk of developing serious respiratory diseases. Better understanding of the mechanisms underlying both SPTB and BPD could help in the successful prediction of risk groups as well as in the design of new preventive and treatment strategies. / Tiivistelmä Noin 5,7 % lapsista syntyy Suomessa ennenaikaisesti, eli ennen kuin raskaus on kestänyt täydet 37 viikkoa. Ennenaikainen syntymä altistaa vastasyntyneen lapsen vakaville pitkäaikaissairauksille. Erityisesti hyvin pienillä keskosilla, jotka ovat syntyneet ennen 32. raskausviikkoa, on suurempi riski sairastua vakavaan hengitysvaikeuteen eli bronkopulmonaaliseen dysplasiaan, joka tunnetaan myös nimellä BPD-tauti. Perinnölliset tekijät vaikuttavat niin spontaanin ennenaikaisen syntymän (SEAS) kuin BPD-taudinkin taustalla, mutta nämä tekijät tunnetaan huonosti. Tässä väitöskirjatyössä pyrittiin tunnistamaan perinnöllisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat SEAS:in ja BPD-taudin taustalla. Perinnöllisen taustan selvittämisessä ehdokasgeenien sisältämien muuntelevien kohtien esiintyvyyttä verrattiin terveiden verrokkien ja tautitapausten välillä. SEAS-tutkimuksessa tutkimusväestö koostui suomalaisista äideistä ja heidän lapsistaan. BPD-tutkimuksessa oli mukana hyvin ennenaikaisesti syntyneitä lapsia Suomesta, Kanadasta ja Unkarista. Tämän lisäksi kokeellisten tutkimusten avulla tutkittiin aiemmin keuhkosairauksiin liittyneen geenin muuntelevien kohtien osuutta sen koodaaman surfaktanttiproteiini (SP) B:n toiminnassa. Tutkimuksissa havaittiin SP-D:tä koodaavan geenin Met31Thr-polymorfismin olevan mahdollinen riskitekijä SEAS:lle lapsilla, mutta se ei selittänyt SEAS-riskiä äideissä. SP-A:ta ja mannoosia sitovaa lektiiniä koodaavilla geeneillä ei ollut yhteyttä SEAS-riskiin. Kit-ligandia koodaavan geenin intronissa sijaitseva polymorfismi selitti BPD-tautiriskiä pohjoissuomalaisessa sekä yhdistetyssä tutkimusväestössä. Lisäksi lapsilla, jotka myöhemmin sairastuivat BPD-tautiin, havaittiin suurempia Kit-ligandipitoisuuksia syntymähetkellä. Interleukiini 6:ta (IL-6), sen reseptoreita, IL-10:ta, tuumorinekroosifaktori-alfaa tai glukokortikoidireseptoria koodaavien geenien polymorfismien ja BPD-taudin välillä ei ollut yhteyttä. SP-B:tä koodaavan geenin Ile131Thr-polymorfismin Thr-variaatio liittyi alhaisempaan SP-B:n pitoisuuteen lapsivedessä sekä hidastuneeseen proteiinin tuottoon kokeellisessa solumallissa. Tulokset antavat uutta tietoa SEAS:n ja BPD-taudin perinnöllisestä taustasta. Tämä tieto voi auttaa synnytyksen käynnistymiseen sekä BPD-alttiuteen johtavien biologisten mekanismien selvittämisessä ja uusien hoitokeinojen kehittämisessä.