Molecular and clinical characteristics of tricarboxylic acid cycle-associated tumors

Hereditary leiomyomatosis and renal cell cancer (HLRCC) is a rare, dominantly inherited tumor predisposition syndrome characterized by benign cutaneous and uterine (ULM) leiomyomas, and sometimes renal cell cancer (RCC). A few cases of uterine leiomyosarcoma (ULMS) have also been reported. Mutations in a nuclear gene encoding fumarate hydratase (FH), an enzyme of the mitochondrial tricarboxylic acid cycle (TCA cycle), underlie HLRCC. As a recessive condition, germline mutations in FH predispose to a neurological defect, FH deficiency (FHD). Hereditary paragangliomatosis (HPGL) is a dominant disorder associated with paragangliomas and pheochromocytomas. Inherited mutations in three genes encoding subunits of succinate dehydrogenase (SDH), also a TCA cycle enzyme, predispose to HPGL. Both FH and SDH seem to act as tumor suppressors. One of the consequences of the TCA cycle defect is abnormal activation of HIF1 pathway ( pseudohypoxia ) in the HLRCC and HPGL tumors. HIF1 drives transcription of genes encoding e.g. angiogenetic factors which can facilitate tumor growth. Recently hypoxia/HIF1 has been suggested to be one of the causes of genetic instability as well. One of the aims of this study was to broaden the clinical definers of HLRCC. To determine the cancer risk and to identify possible novel tumor types associated with FH mutations eight Finnish HLRCC/FHD families were extensively evaluated. The extension of the pedigrees and the Finnish Cancer Registry based tumor search yielded genealogical and cancer data of altogether 868 individuals. The standardized incidence ratio-based comparison of HLRCC/FHD family members with general Finnish population revealed 6.5-fold risk for RCC. Moreover, risk for ULMS was highly increased. However, according to the recent and more stringent diagnosis criteria of ULMS many of the HLRCC uterine tumors previously considered malignant are at present diagnosed as atypical or proliferative ULMs (with a low risk of recurrence). Thus, the formation of ULMS (as presently defined) in HLRCC appears to be uncommon. Though increased incidence was not observed, interestingly the genetic analyses suggested possible association of breast and bladder cancer with loss of FH. Moreover, cancer cases were exceptionally detected in an FHD family. Another clinical finding was the conventional (clear cell) type RCC of a young Spanish HLRCC patient. Conventional RCC is distinct from the types previously observed in this syndrome but according to these results, FH mutation may underlie some of young conventional cancer cases. Secondly, the molecular pathway from defective TCA cycle to tumor formation was intended to clarify. Since HLRCC and HPGL tumors display abnormally activated HIF1, the hypothesis on the link between HIF1/hypoxia and genetic instability was of interest to study in HLRCC and HPGL tumor material. HIF1α (a subunit of HIF1) stabilization was confirmed in the majority of the specimens. However, no repression of MSH2, a protein of DNA mismatch repair system, or microsatellite instability (MSI), an indicator of genetic instability, was observed. Accordingly, increased instability seems not to play a role in the tumorigenesis of pseudohypoxic TCA cycle-deficient tumors. Additionally, to study the putative alternative functions of FH, a recently identified alternative FH transcript (FHv) was characterized. FHv was found to contain instead of exon 1, an alternative exon 1b. Differential subcellular distribution, lack of FH enzyme activity, low mRNA expression compared to FH, and induction by cellular stress suggest FHv to have a role distinct from FH, for example in apoptosis or survival. However, the physiological significance of FHv requires further elucidation.

Potato virus A as a heterologous protein expression tool in plants

Viruksien käyttö tuotekehityksen ja tutkimuksen vaatimien proteiinien tuottamiseen, syötävien rokotteiden kehittämiseen ja geeniterapiaan edustavat kasvavia biotekniikan sovellusalueita. Perunan A-virus (PVA) kuuluu potyviruksiin, joiden proteiinit tuotetaan aluksi yhtenä suurena molekyylinä, joka pilkotaan yksittäisiksi proteiineiksi viruksen itsensä tuottamilla entsyymeillä. Siten virusgenomiin lisätty vieras geeni käännetään proteiiniksi virusproteiinien mukana. Lopputuloksena kaikkia proteiineja tuotetaan kasvisoluissa samansuuruinen määrä. Lisäksi, viruksen proteiinikuoren koontimekanismi sallii perintöaineksen merkittävän lisäyksen ilman että viruksen tartutuskyky merkittävästi heikkenee. Koska virus monistuu ja leviää koko kasviin, jo melko pieni määrä kasveja riittää huomattavan proteiinimäärän tuottamiseen esimerkiksi säännösten mukaisessa kasvihuoneessa. Tämän työn tarkoituksena oli muuntaa PVA:n genomia siten, että virus soveltuisi yhden vieraan proteiinin tai useiden erilaisten proteiinien samanaikaiseen tuottamiseen kasveissa. Aluksi kokeiltiin viruksen replikaasia ja kuoriproteiinia koodaavien genomialueiden välistä kohtaa ja ihmisestä peräisi olevaa geeniä, joka tuotti S-COMT-entsyymiä (katekoli-O-metyylitransferaasi). Sen aktiivisuuden rajoittaminen auttaa Parkinsonintaudin hoidossa. Kasvissa tuotettua S-COMT:ia voitaisiin käyttää lääkekehityksessä estolääkkeiden testaukseen. Kahden viikon kuluttua tartutuksesta tupakan lehdissä oli entsymaattisesti aktiivista S-COMT:ia n. 1 % lehden liukoisista proteiineista. PVA:n P1-proteiinia koodaavalta alueelta oli paikannettu kohta, johon ehkä voitaisiin siirtää vieras geeni. Asia varmistettiin siirtämällä tähän kohtaan meduusan geeni, joka tuottaa UV-valossa vihreänä fluoresoivaa proteiinia (GFP). GFP-geeniä kantava PVA levisi kasvissa ja lisääntyi n. 30-50 %:iin viruksen normaalista pitoisuudesta. Koko kasvi fluoresoi vihreänä UV-valossa. Vieras geeni voidaan sijoittaa myös potyviruksen P1- ja HCpro-proteiineja koodaavien alueiden väliin. Samaan PVA-genomiin siirrettiin kolme geeniä, yksi kuhunkin kolmesta kloonauskohdasta: GFP-geeni P1:n sisälle, merivuokon lusiferaasigeeni P1/HCpro-kohtaan ja bakteerin beta-glukuronidaasigeeni (GUS) replikaasi/kuoriproteiini-kohtaan. Virusgenomin ja itse viruksen pituudet kasvoivat 38 %, mutta virus säilytti tartutuskykynsä. Se levisi kasveissa saavuttaen n. 15 % viruksen normaalista pitoisuudesta. Kaikki kolme vierasta proteiinia esiintyivät lehdissä aktiivisina.

Structural analyses of (1->3),(1->4)-β-D-glucan of oats and barley

The structures of (1→3),(1→4)-β-D-glucans of oat bran, whole-grain oats and barley and processed foods were analysed. Various methods of hydrolysis of β-glucan, the content of insoluble fibre of whole grains of oats and barley and the solution behaviour of oat and barley β-glucans were studied. The isolated soluble β-glucans of oat bran and whole-grain oats and barley were hydrolysed with lichenase, an enzyme specific for (1→3),(1→4)-β-D-β-glucans. The amounts of oligosaccharides produced from bran were analysed with capillary electrophoresis and those from whole-grains with high-performance anion-exchange chromatography with pulse-amperometric detection. The main products were 3-O-β-cellobiosyl-D-glucose and 3-O-β-cellotriosyl-D-glucose, the oligosaccharides which have a degree of polymerisation denoted by DP3 and DP4. Small differences were detected between soluble and insoluble β-glucans and also between β-glucans of oats and barley. These differences can only be seen in the DP3:DP4 ratio which was higher for barley than for oat and also higher for insoluble than for soluble β-glucan. A greater proportion of barley β-glucan remained insoluble than of oat β-glucan. The molar masses of soluble β-glucans of oats and barley were the same as were those of insoluble β-glucans of oats and barley. To analyse the effects of cooking, baking, fermentation and drying, β-glucan was isolated from porridge, bread and fermentate and also from their starting materials. More β-glucan was released after cooking and less after baking. Drying decreased the extractability for bread and fermentate but increased it for porridge. Different hydrolysis methods of β-glucan were compared. Acid hydrolysis and the modified AOAC method gave similar results. The results of hydrolysis with lichenase gave higher recoveries than the other two. The combination of lichenase hydrolysis and high-performance anion-exchange chromatography with pulse-amperometric detection was found best for the analysis of β-glucan content. The content of insoluble fibre was higher for barley than for oats and the amount of β-glucan in the insoluble fibre fraction was higher for oats than for barley. The flow properties of both water and aqueous cuoxam solutions of oat and barley β-glucans were studied. Shear thinning was stronger for the water solutions of oat β-glucan than for barley β-glucan. In aqueous cuoxam shear thinning was not observed at the same concentration as in water but only with high concentration solutions. Then the viscosity of barley β-glucan was slightly higher than that of oat β-glucan. The oscillatory measurements showed that the crossover point of the G´ and G´´ curves was much lower for barley β-glucan than for oat β-glucan indicating a higher tendency towards solid-like behaviour for barley β-glucan than for oat β-glucan.

Monitoring of Fungal Growth and Degradation of Wood

Valko- ja ruskolahosienet tunnetaan luonnossa tehokkaimpina puun ja karikkeen lignoselluloosan lahottajina. Valkolahosienet pystyvät hajottamaan kaikkia puun osia: ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. Selektiivisesti ligniiniä hajottavat sienet lahottavat puusta suhteessa enemmän vaikeasti hajoavaa ligniiniä kuin selluloosaa tai hemiselluloosaa, jolloin jäljelle jää valkoista ja miltei puhdasta selluloosaa. Bioteknisissä sovelluksissa juuri selektiviiviset valkolahottajat ovat kiinnostavia. Niiden avulla voidaan puuhaketta esikäsitellä esimerkiksi paperinvalmistuksessa haitallisen ligniinin poistamiseksi. Ruskolahosienet ovat huomattavia puun, puutavaran ja puisten rakenteiden lahottajia, kuten tässä työssä käytetty Gloeophyllum trabeum (saunasieni ) ja Poria (Postia) placenta (istukkakääpä). Ruskolahosienet hajottavat puusta hemiselluloosan lisäksi selluloosaa, jolloin jää jäljelle ruskea ja jauhomaiseksi mureneva ligniini. Ruskolahosienet muovaavat ligniiniä jonkin verran. Kahden ruskolahosienen G. trabeumin ja P. placentan lisäksi tutkittiin valkolahosieniä, joista Ceriporiopsis subvermispora (karstakääpä) ja harvinainen Physisporinus rivulosus -sieni (talikääpä) hajottavat ligniiniä erittäin selektiivisesti. Phanerochaete chrysosporium on kaikkialla paljon tutkittu sieni, ja Phlebia radiata valkolahosientä (rusorypykkä) on tutkittu paljon mikrobiologian osastolla. Lisäksi tutkittiin Phlebia tremellosa -sienten (hytyrypykkä) ligninolyyttisten entsyymien tuottoa ja 14C-leimatun synteettisen ligniinin (DHP) hajotusta. P. radiata ja P. tremellosa -sienten on todettu aiemmin hajottavan ligniiniä selektiivisesti. Työssä selvitettiin miten sienten kasvua voi mitata, miten vertailukelpoisia eri mittaamismenetelmillä saadut tulokset ovat ja ilmenevätkö sienten aktiivisimmat kasvuvaiheet samaan aikaan eri menetelmillä mitattuna. Tärkeimmät tulokset olivat seuraavat havainnot: (i) P. radiata ja P. tremellosa -sienikannat tuottivat ligniini- ja mangaaniperoksidaasientsyymejä (LiP ja MnP) sekä lakkaasia, ja sienistä puhdistettiin 2-3 LiP- ja P. radiatasta yksi MnP-entsyymi; (ii) P. tremellosa -sienet hajottivat leimattua synteettistä ligniiniä (DHP) yhtä hyvin kuin paljon tutkitut P. chrysosporium ja P. radiata -sienet; (iii) puu, sienen luonnollinen kasvualusta, lisäsi valkolaho- ja ruskolahosienten demetoksylaatiota [O14CH3]-leimatusta ligniinin malliyhdisteestä 14CO2:ksi ilman puuta olleeseen alustaan verrattuna; (iv) demetoksylaatio (14CO2:n tuotto) oli normaalissa ilma-atmosfäärissä useimmiten parempi happeen verrattuna; (v) hapessa paras 14CO2:n tuotto saatiin puupalakasvatuksissa, joihin oli lisätty ravinnetyppeä tai typen lisäksi glukoosia sekä valkolaho- että ruskolahosienillä; (vi) ilmassa 14CO2:n tuotto oli puulla voimakkainta valkolahosienillä ilman lisäravinteita, kun taas G. trabeum -sienellä se oli yhtä hyvä eri alustoissa; (vii) biomassan muodostuminen rihmastojen ergosterolipitoisuuksista mitattuna oli ruskolahosienillä parempi kuin valkolahosienillä; (viii) ja biomassojen huippupitoisuudet olivat 6:lla sienellä eri suuruisia ja niiden maksimimäärien ajankohdat vaihtelivat viiden viikon kasvatusten kuluessa. Mikrobiologian osastolla Viikissä eristetty ja paljon tutkittu P. radiata -valkolahosieni oli mukana kaikissa tehdyissä kokeissa. Sienen LiP-aktiivisuus ja 14CO2:n tuotto 14C-rengas-leimatusta synteettisestä ligniinistä (DHP) korreloivat erittäin hyvin. Biomassan muodostuminen ergosterolilla määritettynä tuki hyvin entsyymiaktiivisuusmittauksilla ja isotooppikasvatuksilla saatuja tuloksia.

Degradation of lignin and other 14C-labelled compounds in compost and soil with an emphasis on white-rot fungi

Puu, ruohokasvit ja näistä tehdyt tuotteet kuten mekaanisesta massasta valmistettu sanomalehtipaperi sisältävät ligniiniä, joka hajoaa yleensä hyvin hitaasti luonnossa. Valkolahosienet hajottavat ligniiniä tehokkaimmin, ja koska niiden tuottamat entsyymit hajottavat myös muita vaikeasti hajoavia yhdisteitä, voidaan valkolahosienten avulla mahdollisesti puhdistaa saastuneita maita. Tässä työssä haluttiin selvittää, säilyttävätkö valkolahosienet (Abortiporus biennis, Bjerkandera adusta, Dichomitus squalens, Phanerochaete chrysosporium, Phanerochaete sordida, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus, Trametes hirsuta ja Trametes versicolor) aktiivisuutensa ja kasvavatko ne maassa. Aktiivisuutta mitattiin seuraamalla sienten synteettisen ligniinin (14C-DHP) hajotuskykyä. T. versicolor (silkkivyökääpä) osoittautui tehokkaimmaksi ligniinin hajottajaksi ja sen pentakloorifenolin (PCP) hajotuskykyä tutkittiin erillisessä kokeessa. Entiset tai pitkään käytössä olleet saha-alueet ovat yhä saastuneet puun käsittelyaineista peräisin olevilla kloorifenoleilla. Biohajoavien muovien kehitystyö sekä kompostoinnin yleistyminen jätteiden käsittelymenetelmänä ovat luoneet tarpeen materiaalien biohajoavuuden määrittämiseen. Euroopan standardisoimisjärjestön (CEN) kontrolloidussa kompostitestissä biohajoavuus määritetään materiaalin hajoamisen aikana muodostuvan hiilidioksidin perusteella. Hiilidioksidin tuotto mitataan sekä näytettä sisältävästä kompostista että kompostista ilman näytettä, ja tällöin oletetaan, että kompostin orgaaninen aines molemmissa komposteissa (tausta) tuottaa yhtä paljon hiilidioksidia. Testin puutteeksi saattaa osoittautua kompostissa tai maassa esiintyvä "priming effect". Tällä tarkoitetaan materiaalin lisäämisen jälkeen esiintyvää epänormaalin suurita tai pientä hiilidioksidin muodostusta, minkä seurauksena testin tulosksena saatava biohajoavuus on virheellinen. Ligniinin hajotessa muodostuu enemmän humusta kuin hiilidioksidia, koska ligniini on humuksen tärkein lähtöaine. Näin ollen ligniiniä sisältävät paperituotteet saattavat testin mukaan vaikuttaa biologisesti hajoamattomilta. Valkolahosienet hajottivat 4-23% ligniinistä hiilidioksidiksi ja T. versicolor 29% PCP:sta. Kompostissa ligniini hajosi hiilidioksidiksi 58°C:ssa huomattavasti vähemmän (8%) kuin lämpötiloissa 35°C ja 50°C (23-24%). Kompostin todennäköisesti tärkeimpien ligniinin hajottajien, termofiilisten sienten, tyypillinen optimilämpötila on 45°C, eivätkä ne ole enää aktiivisia 58°C:ssa. Sekä maassa että kompostissa ligniini sitoutui kuitenkin suurimmaksi osaksi humukseen. Valkolahosienet hajottivat sekä humukseen sitoutunutta ligniiniä että PCP:ia, mutta kompostin sekapopulaatio ei tähän pystynyt, ja ligniiniä sitoutui humukseen yhä enemmän kompostoinnin aikana. T. versicolor hajotti PCP:ia tehokkaasti, eikä se tuottanut myrkyllisiä kloorianisoleja, joita jotkut valkolahosienet saattavat muodostaa kloorifenoleista. Priming effect ilmiötä tutkittiin eri ikäisissä ja kypsyydeltään erilaisissa komposteissa. Kompostit erosvat toisistaan myös hajoamattoman jätteen määrän ja mikrobipopulaation suhteen. Negatiivinen priming effect havaittiin kaikissa epästabiileissa komposteissa (ikä enintään 6 kk), ja sen lisäksi yhdessä näistä komposteista positiivinen priming effect kokeen lopussa. Stabiileissa komposteissa (ikä vähintään 6 kk) ilmiötä ei sen sijaan havaittu. Epästabiileissa komposteissa biohajoavuudelle saadut tulokset eivät siis ole luotettavia. Työn tulosten perusteella valkolahosienet, ja erityisesti T. versicolor, ovat lupaavia saastuneen maan puhdistukseen, joskin sienirihmaston mahdollisuudet säilyä aktiivisena maan alkuperäisen mikrobipopulaation kanssa täytyy vielä selvittää. Kompostin sekapopulaatio, joka ei sisällä valkolahosieniä, hajotti ligniiniä yllättävän tehokkaasti termofiilisille sienille sopivissa lämpötiloissa, vaikka ligniini sitoutuikin pääasiallisesti humukseen. Kompostin kypsyys osoittautui tärkeäksi tekijäksi kontrolloidun kompostitestin onnistumisen kannalta. Priming effect ilmiön välttämiseksi on varmistettava, että testissä käytetty komposti on riittävän kypsä. Kompostien mikrobipopulaation koostumusta kompostoinnin eri vaiheissa tulisi tarkemmin selvittää, koska stabiilien ja epästabiilien kompostien ero aiheutui todennäköisesti populaatioiden rakenteessa vallitsevista eroista. Näin myös priming effect ilmiön syyt voitaisiin selittää paremmin.

Environmentally benign Fe chelates in plant nutrition

The low solubility of iron (Fe) depresses plant growth in calcareous soils. In order to improve Fe availability, calcareous soils are treated with synthetic ligands, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ethylenediimi-nobis(2-hydroxyphenyl)acetic acid (EDDHA). However, high expenses may hinder their use (EDDHA), and the recalcitrance of EDTA against biodegra-dation may increase the potential of cadmium (Cd) and lead (Pb) leaching. This study evaluated the ability of biodegradable ligands, i.e. different stereo-isomers of ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS), to provide Fe for lettuce (Lactuca sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne cv. Prego), their effects on uptake of other elements and solubility in soils and their subsequent effects on the activity of oxygen-scavenging enzymes in lettuce. Both EDTA and EDDHA were used as reference ligands. In unlimed and limed quartz sand both FeEDDS(S,S) and a mixture of stereo-isomers of FeEDDS (25% [S,S]-EDDS, 25% [R,R]-EDDS and 50% [S,R]/[R,S]-EDDS), FeEDDS(mix), were as efficient as FeEDTA and FeEDDHA in providing lettuce with Fe. However, in calcareous soils only FeEDDS(mix) was comparable to FeEDDHA when Fe was applied twice a week to mimic drip irrigation. The Fe deficiency increased the manganese (Mn) concentration in lettuce in both acidic and alkaline growth media, whereas Fe chelates depressed it. The same was observed with zinc (Zn) and copper (Cu) in acidic growth media. EDDHA probably affected the hormonal status of lettuce as well and thus depressed the uptake of Zn and Mn even more. The nutrient concentrations of ryegrass were only slightly affected by the Fe availability. After Fe chelate splitting in calcareous soils, EDDS and EDTA increased the solubility of Zn and Cu most, but only the Zn concentration was increased in lettuce. The availability of Fe increased the activity of oxygen-scavenging enzymes (ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, catalase). The activity of Cu/ZnSOD (Cu/Zn superoxide dismutase) and MnSOD in lettuce leaves followed the concentrations of Zn and Mn. In acidic quartz sand low avail-ability of Fe increased the cobalt (Co) and nickel (Ni) concentrations in let-tuce, but Fe chelates decreased them. EDTA increased the solubility of Cd and Pb in calcareous soils, but not their uptake. The biodegradation of EDDS was not affected by the complexed element, and [S,S]-EDDS was biodegraded within 28 days in calcareous soils. EDDS(mix) was more recalcitrant, and after 56 days of incubation water-soluble elements (Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Cd and Pb) corresponded to 10% of the added EDDS(mix) concentration.

Lactic acid bacteria and their antimicrobial peptides : Induction,detection,partial characterization, and potential applications

Bacteriocin-producing lactic acid bacteria and their isolated peptide bacteriocins are of value to control pathogens and spoiling microorganisms in foods and feed. Nisin is the only bacteriocin that is commonly accepted as a food preservative and has a broad spectrum of activity against Gram-positive organisms including spore forming bacteria. In this study nisin induction was studied from two perspectives, induction from inside of the cell and selection of nisin inducible strains with increased nisin induction sensitivity. The results showed that a mutation in the nisin precursor transporter NisT rendered L. lactis incapable of nisin secretion and lead to nisin accumulation inside the cells. Intracellular proteolytic activity could cleave the N-terminal leader peptide of nisin precursor, resulting in active nisin in the cells. Using a nisin sensitive GFP bioassay it could be shown, that the active intracellular nisin could function as an inducer without any detectable release from the cells. The results suggested that nisin can be inserted into the cytoplasmic membrane from inside the cell and activate NisK. This model of two-component regulation may be a general mechanism of how amphiphilic signals activate the histidine kinase sensor and would represent a novel way for a signal transduction pathway to recognize its signal. In addition, nisin induction was studied through the isolation of natural mutants of the GFPuv nisin bioassay strain L. lactis LAC275 using fl uorescence-activated cell sorting (FACS). The isolated mutant strains represent second generation of GFPuv bioassay strains which can allow the detection of nisin at lower levels. The applied aspect of this thesis was focused on the potential of bacteriocins in chicken farming. One aim was to study nisin as a potential growth promoter in chicken feed. Therefore, the lactic acid bacteria of chicken crop and the nisin sensitivity of the isolated strains were tested. It was found that in the crop Lactobacillus reuteri, L. salivarius and L. crispatus were the dominating bacteria and variation in nisin resistance level of these strains was found. This suggested that nisin may be used as growth promoter without wiping out the dominating bacterial species in the crop. As the isolated lactobacilli may serve as bacteria promoting chicken health or reducing zoonoosis and bacteriocin production is one property associated with probiotics, the isolated strains were screened for bacteriocin activity against the pathogen Campylobacter jejuni. The results showed that many of the isolated L. salivarius strains could inhibit the growth of C. jejuni. The bacteriocin of the L. salivarius LAB47 strain, with the strongest activity, was further characterized. Salivaricin 47 is heat-stable and active in pH range 3 to 8, and the molecular mass was estimated to be approximately 3.2 kDa based on tricine SDS-PAGE analysis.