Kirjallisuuskatsaus: Eturauhassyövän androgeeniresponsiiviset in vivo -mallit; Kokeellinen osa: Bioluminesenssiin perustuvan ortotooppisen eturauhassyöpämallin optimointi

Eturauhassyöpä on yksi yleisimmistä syövistä länsimaissa. Eturauhassyöpä on yleensä hitaasti kehittyvä tauti. Edetessään se voi kuitenkin muuntua aggressiivisemmaksi ja aiheuttaa metastaaseja, jotka ovat pääasiallisena syynä taudin kuolleisuuteen. Androgeenit ovat merkittäviä tekijöitä eturauhassyövän patogeneesissä ja eturauhassyöpäkudos on useimmiten riippuvainen androgeeneista. Tämän vuoksi hoidon tavoitteena on estää niiden eritys kirurgisella tai kemiallisella kastraatiolla ja/tai estää androgeenien vaikutus antiandrogeeneilla. Eturauhassyöpää sekä sen hoitoon tarkoitettuja uusia lääkehoitomahdollisuuksia tutkitaan kiivaasti. Eturauhassyövän tutkimiseen on kehitetty lukematon määrä erilaisia in vivo -malleja. Koska eturauhassyöpä on yleensä androgeeneille herkkä, kuvaavat androgeeniresponsiiviset eläinmallit ihmisen tautia parhaiten. Eturauhassyövän mallintamiseen in vivo voidaan käyttää eri eläinlajeja, mutta hiiri on ylivoimaisesti käytetyin mallieläin. Immuunipuutteisiin hiiriin voidaan aiheuttaa kasvaimia inokuloimalla ihmisen kasvainsoluja tai osia ihmisen kasvaimista. Ortotooppisesti eturauhaseen inokuloitavat kasvainmallit mallintavat eturauhassyövässä esiintyvää syöpäsolujen ja stroomasolujen välistä epänormaalia vuorovaikutusta. Muuntogeeniset hiirimallit ovat yhä yleisempiä eturauhassyövän tutkimuksessa. Muuntogeenisilla malleilla voidaan mallintaa taudin kehittymistä ja sen etenemistä kokonaisuudessaan parhaiten. Eturauhasessa olevaa kasvainta ja sen kasvua on vaikea seurata ilman prostataspesifisen antigeenin (PSA) pitoisuuden mittausta tai erityisiä kuvantamistekniikoita. Tällaisia menetelmiä, kuten optista kuvantamista, käytetään yhä enemmän hyödyksi erilaisissa eturauhassyövän in vivo -malleissa. Tutkielman kokeellisen osan tavoitteena oli optimoida bioluminesenssiin perustuva optinen kuvantamismenetelmä androgeeniresponsiivisessa LNCaP-luc2-solulinjassa ortotooppisessa eturauhassyöpämallissa. Bioluminesenssikuvantaminen perustuu kasvainsolujen ilmentämän lusiferaasin katalysoimaan reaktioon, jossa entsyymin substraatti, lusiferiini, hapettuu ja tuottaa näkyvää valoa. Lisäksi tavoitteena oli tutkia lääkehoitojen ja kastraation vasteita mallissa. Bioluminesenssiin perustuvalla kuvantamisella oli mahdollista seurata eturauhaskasvainten kasvua noninvasiivisesti, reaaliaikaisesti ja toistuvasti. Bioluminesenssikuvantamisen avulla kasvainten kvantitointi oli nopeampaa kuin ultraäänikuvantamisen avulla, ja kasvainten kasvua oli myös mahdollista seurata useammin kuin seerumin PSA-mittausten avulla. Bioluminesenssikuvantamisen todettiin korreloivan paremmin PSA-pitoisuuden kanssa kuin kasvaimen todelliseen kokoon lopetushetkellä. Seerumin PSA-pitoisuus korreloi kuitenkin bioluminesenssimittausta paremmin eturauhaskasvaimen kokoon tässä kokeessa. Kasvainten oletettua suurempaa kokoa voidaan pitää todennäköisimpänä syynä sille, ettei lääkehoitojen tai kastraation todettu vaikuttavan kasvainten kasvuun bioluminesenssikuvantamisella mitattuna. Bioluminesenssikuvantaminen ei sovellu suurille eikä nekroottisille kasvaimille, sillä kuvantamismenetelmä toimii vain elävillä soluilla. Bioluminesenssikuvantamisen hyödyntämisen kannalta oleellista tässä mallissa on myös lusiferiini-injektion onnistuminen. Jatkotutkimuksia tarvitaan edelleen mallin validoimiseksi mm. lääkehoitojen vasteiden osoittamiseksi.

A new method for modulating the activity of parvalbumin-positive neurons and cerebellar Purkinje cells in vivo

Neurons can be divided into various classes according to their location, morphology, neurochemical identity and electrical properties. They form complex interconnected networks with precise roles for each cell type. GABAergic neurons expressing the calcium-binding protein parvalbumin (Pv) are mainly interneurons, which serve a coordinating function. Pv-cells modulate the activity of principal cells with high temporal precision. Abnormalities of Pv-interneuron activity in cortical areas have been linked to neuropsychiatric illnesses such as schizophrenia. Cerebellar Purkinje cells are known to be central to motor learning. They are the sole output from the layered cerebellar cortex to deep cerebellar nuclei. There are still many open questions about the precise role of Pv-neurons and Purkinje cells, many of which could be answered if one could achieve rapid, reversible cell-type specific modulation of the activity of these neurons and observe the subsequent changes at the whole-animal level. The aim of these studies was to develop a novel method for the modulation of Pv-neurons and Purkinje cells in vivo and to use this method to investigate the significance of inhibition in these neuronal types with a variety of behavioral experiments in addition to tissue autoradiography, electrophysiology and immunohistochemistry. The GABA(A) receptor γ2 subunit was ablated from Pv-neurons and Purkinje cells in four separate mouse lines. Pv-Δγ2 mice had wide-ranging behavioral alterations and increased GABA-insensitive binding indicative of an altered GABA(A) receptor composition, particularly in midbrain areas. PC-Δγ2 mice experienced little or no motor impairment despite the lack of inhibition in Purkinje cells. In Pv-Δγ2-partial rescue mice, a reversal of motor and cognitive deficits was observed in addition to restoration of the wild-type γ2F77 subunit to the reticular nucleus of thalamus and the cerebellar molecular layer. In PC-Δγ2-swap mice, zolpidem sensitivity was restored to Purkinje cells and the administration of systemic zolpidem evoked a transient motor impairment. On the basis of these results, it is concluded that this new method of cell-type specific modulation is a feasible way to modulate the activity of selected neuronal types. The importance of Purkinje cells to motor control supports previous studies, and the crucial involvement of Pv-neurons in a range of behavioral modalities is confirmed.

Basic and translational studies on species B adenoviruses

Human adenoviruses (Ads) have been classified into six species (A to F) currently containing 55 serotypes. For almost 2 decades vectors derived from group C serotype Ad5 have been extensively used for gene transfer studies. These Ad5 based vectors are able to efficiently infect many mammalian cell types (including both mitotic and post-mitotic cells) through interaction with a primary attachment receptor, the coxsackie and adenovirus receptor (CAR). Despite the many advantages of Ad5 based vectors a number of limitations have affected their therapeutic application to many diseases. Although they can transduce many tissue types, Ad5 based vectors are unable to efficiently transduce several potential disease target cell types, including hematopoietic stem cells and malignant tumor cells. Therefore, newer vectors have been developed based on Ad serotypes other than Ad5. This thesis focuses on species B Ads. Species B Ads are comprised of three groups based on their receptor usage. Group 1 of species B Ads (Ad16, 21, 35, 50) nearly exclusively utilize CD46 as a receptor; Group 2 (Ad3, Ad7, 14) share a common, unidentified receptor/s, which is not CD46 and which was tentatively named receptor X; Group 3 (Ad11) preferentially interacts with CD46, but also utilizes receptor X if CD46 is blocked. Species B group Ads are important human pathogens. Species B group 2 serotypes are isolated from patients with respiratory tract infections, whereas the Group 1 viruses are described as causing kidney and urinary tract infections. B-group Ad infections often occur in immunocompromised patients, including AIDS patients, recipients of bone marrow transplants, or chemotherapy patients. Recent studies performed in U.S. military training facilities indicate an emergence of diverse species B serotypes at the majority of sites. This included the group 1 serotype 21 and the group 2 serotypes 3, 7, and 14. CD46-targeting vectors derived from Ad35 and Ad11 are important tools for in vitro gene transfer into human stem cells, including hematopoietic stem cells and induced pluripotent stem cells. Ad35 and Ad11 have been used as tools for cancer therapy, because CD46 appears to be uniformely overexpressed on many cancers. Furthermore, receptor X-targeting vectors, i.e vectors derived from Ad3 or vectors containing Ad3 fibers have shown superior in the transduction of tumor cells both in vitro and in vivo and are currently being used clinically in cancer patients. While extensive basic virology studies have been done on Ad5, the information of species B group 1 interaction with CD46 is limited. Furthermore, the receptor for a major subgroup of species B Ads (receptor X) is unknown. The goal of this thesis was it therefore to better understand virological and translational aspects of species B Ads. The specific findings described in this thesis include i) the identification of CD46 binding sites within the Ad35 fiber knob, ii) the study of the in vitro and in vivo properties of Ad vectors with increased affinity to CD46. iii) the study of the receptor usage of a newly emergent Ad14a, iv) the identification of desmoglein 2 as the receptor for Ad3, Ad7, Ad11, and Ad14, v) the delineation of structural details of Ad3 virus interaction with DSG2, and vi) the analysis of functional consequences of Ad3-DSG2 interaction. As a result of these basic virology studies two Ad-derived recombinant proteins have been generated that can be used to enhance cancer therapy by monoclonal antibodies.