Abstract The evaluation of the effects and levels of contaminants in wildlife is an essential part of assessing risks for chemical exposure in the environment. Although the circumstances are not as controlled as in laboratory, wildlife studies offer the concept of environmental exposure in its entirety, with all the natural variation. In the present study, two wild vole species, bank vole (Myodes glareolus) and field vole (Microtus agrestis), were used in assessing environmental levels of dioxins. The effects of dioxin exposure on tooth and bone development were studied in order to determine whether they could be used as biomarkers for environmental exposure. Xenobiotic metabolism activity after dioxin exposure – both natural and experimental – was studied by quantifying selected cytochrome P-450 (CYP) enzymes. The results confirmed the fact that dioxins are ubiquitous in the environment, also in areas far from contaminant sources and human activity. The development of the third molar in bank vole was found to be a sensitive biomarker for dioxin exposure. The two vole species under study do not respond similarly to environmental concentrations of dioxins; there were significant differences in body burdens and activity levels of xenobiotic metabolizing enzymes. / Tiivistelmä Haitallisten kemikaalien tason ja vaikutusten arviointi ympäristössä on olennainen osa kemikaalien riskin arviointia. Vaikka laboratoriossa olosuhteita kontrolloidaan ja tutkimukseen vaikuttava variaatio on paremmin hallittavissa, luonnonvaraisten lajien tutkiminen luo kokonaisvaltaisen ja todenmukaisen kuvan ympäristön kemikaalialtistuksesta kaikkine todellisine vaihteluineen. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kahden luonnonvaraisen pikkunisäkkään, metsämyyrän (Myodes glareolus) ja peltomyyrän (Microtus agrestis), käyttöä ympäristön kemikaalitason arvioinnissa. Pääpaino on dioksiinien kaltaisissa yhdisteissä. Työssä tutkitaan yhdisteiden kertymistä myyriin kahdessa ympäristössä: voimakkaasti dioksiineilla saastuneella maa-alueella sekä kaukana ihmistoiminnasta sijaitsevassa erämaassa. Herkiksi tiedettyjä vasteita – hampaiden ja luiden kehitystä – käytetään dioksiinialtistuksen indikaattoreina. Vierasainemetaboliasta vastaavien entsyymien (sytokromi P450 eli CYP) aktiivisuutta kartoitetaan molemmilla myyrälajeilla, jotta saadaan tietoa entsyymien indusoinnista luonnonvaraisilla myyrillä yleensä ja selvitetään havaittuja lajien välisiä eroja dioksiinivasteissa. Tulokset vahvistavat, että dioksiinit ovat laajalle levinneitä yhdisteitä, joita löytyy paitsi läheltä päästölähdettä myös kaukana ihmistoiminnasta olevilta alueilta. Metsämyyrällä kolmannen poskihampaan kehitys osoittautuu herkäksi dioksiinialtistuksen biomarkkeriksi. Samasta elinympäristöstä huolimatta tutkituista myyrälajeista mitatut dioksiinipitoisuudet eroavat huomattavasti toisistaan, samoin kuin vierasainemetaboliasta vastaavien entsyymien aktiivisuus ja niiden induktio TCDD-altistuksen jälkeen.

Abstract Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1α) and AMP-activated protein kinase (AMPK) are major factors regulating energy homeostasis. In this study, we aimed to investigate how energy flux affects several hepatic functions mediated by these factors. We define a novel role of PGC-1α and AMPK as modulators of the immune system in the liver. We show that PGC-1α is involved in the regulation of a cluster of genes related to the immune system, most importantly Interleukin 1 receptor antagonist (IL1Rn). Since PGC-1α is responsive to energetic stress associated with fasting or physical exercise, the same stimuli promote IL1Rn in hepatocytes. We identify AMPK as an independent inducer of IL1Rn and hypothesise that it could account for the anti-inflammatory effect of the antidiabetic drug metformin. We also demonstrate that metformin reduces expression of Sirtuin 3 (SIRT3) in hepatocytes and promotes acetylation of mitochondrial protein. We suggest that this mechanism, in spite of increased mitochondrial biogenesis, contributes to reduced ATP synthesis in metformin-treated samples. In addition, we demonstrate that Pregnane X receptor (PXR) is induced in the liver during fasting and by PGC-1α in hepatocytes. Furthermore, we describe a negative regulatory mechanism involving SIRT1, activated by pyruvate and interfering with PXR signaling. We show that SIRT1 attenuates PGC-1α-mediated co-activation of PXR and its target genes, i.e. Cyp3a11, with possible implications for drug and xenobiotic metabolism. In conclusion, we demonstrate how energetic stress affects various hepatic functions mediated by PGC-1α and AMPK. Moreover, we describe SIRT1 and metformin as factors capable of modulating this response. / Tiivistelmä Peroksisomiproliferaattori-aktivoituvan reseptori gamman koaktivaattori 1α (PGC-1α) ja AMP:n aktivoima proteiinikinaasi (AMPK) ovat keskeisiä energiametabolian säätelijöitä. Tässä tutkimuksessa oli tavoitteena selvittää kuinka energiataso vaikuttaa useisiin, näiden tekijöiden säätelemiin maksan toimintoihin. Osoitamme että PGC-1α ja AMPK tekijöillä on ennestään tuntematon merkitys immuunijärjestelmän säätelyssä maksassa. Näytämme myös, että PGC-1α säätelee joukkoa geenejä, joiden tehtävä liittyy immuunijärjestelmään, tärkeimpänä Interleukiini 1 reseptori antagonistia (IL1Rn). Paastoon ja fyysiseen aktiivisuuteen liittyvä energiastressi aktivoi PGC-1α:aa ja näiden samojen stimuluksien havaittiin lisäävän myös IL1Rn tasoa hepatosyyteissä. Havaitsimme AMPK:n olevan itsenäinen IL1Rn indusori ja hypoteesimme mukaan tämä voi välittää diabeteslääkkeenä käytettävän metformiinin anti-inflammatorisia vaikutuksia. Osoitamme myös, että metformiini alentaa Sirtuiini (SIRT) 3:n ekspressiota maksasoluissa ja lisää mitokondriaalisten proteiinien asetylaatiota. Uskomme tämän mekanismin, huolimatta lisääntyneestä mitokondrioiden biogeneesistä, myötävaikuttavan vähentyneeseen ATP synteesiin metformiinikäsitellyissä näytteissä. Lisäksi osoitamme, että paasto ja PGC-1α indusoivat Pregnaani X reseptorin (PXR) ilmentymistä maksasoluissa. Kuvaamme myös PXR signalointiin vaikuttavan ja pyruvaatin aktivoiman, SIRT1:n välitteisen, negatiivisen säätelymekanismin. SIRT1 estää PGC-1α välitteistä PXR koaktivaatiota ja kohdegeenien, kuten Cyp3a11, aktivaatiota, millä voidaan olettaa olevan merkitystä lääkeaineiden ja vierasaineiden metaboliaan. Yhteenvetona osoitamme, että energiastressi PGC-1α:n ja AMPK:n välittämänä vaikuttaa useisiin maksan toimintoihin. Lisäksi näytämme, että SIRT1 ja metformiini voivat moduloida näitä vaikutuksia.