Transcription factor GATA4 and apoptotic TRAIL pathway in granulosa cell function and tumors

Normal growth and development require the precise control of gene expression. Transcription factors are proteins that regulate gene expression by binding specific sequences of DNA. Abnormalities in transcription are implicated in a variety of human diseases, including cancer, endocrine disorders and birth defects. Transcription factor GATA4 has emerged as an important regulator of normal development and function in a variety of endoderm- and mesoderm- derived tissues, including gut, heart and several endocrine organs, such as gonads. Mice harboring a null mutation of Gata4 gene die during embryogenesis due to failure in heart formation, complicating the study of functional role of GATA4 in other organs. However, the expression pattern of GATA4 suggests it may play a role in the regulation of ovarian granulosa cell development, function and apoptosis. This premise is supported by in vitro studies showing that GATA4 regulates several steroidogenic enzymes as well as auto-, para- and endocrine signaling molecules important for granulosa cell function. This study assessed the in vivo role of GATA4 for granulosa cell function by utilizing two genetically modified mouse strains. The findings in the GATA4 deficient mice included delayed puberty, impaired fertility and signs of diminished estrogen production. At the molecular level, the GATA4 deficiency leads to attenuated expression of central steroidogenic genes, Steroidogenic acute regulatory protein (StAR), Side-chain cleavage (SCC), and aromatase as a response to stimulations with exogenous gonadotropins. Taken together, these suggest GATA4 is necessary for the normal ovarian function and female fertility. Programmed cell death, apoptosis, is a crucial part of normal ovarian development and function. In addition, disturbances in apoptosis have been implicated to pathogenesis of human granulosa cell tumors (GCTs). Apoptosis is controlled by extrinsic and intrinsic pathways. The intrinsic pathway is regulated by members of Bcl-2 family, and its founding member, the anti-apoptotic Bcl-2, is known to be important for granulosa cell survival. This study showed that the expression levels of GATA4 and Bcl-2 correlate in the human GCTs and that GATA4 regulates Bcl-2 expression, presumably by directly binding to its promoter. In addition, disturbing GATA4 function was sufficient to induce apoptosis in cultured GCT- derived cell line. Taken together, these results suggest GATA4 functions as an anti-apoptotic factor in GCTs. The extrinsic apoptotic pathway is controlled by the members of tumor necrosis factor (TNF) superfamily. An interesting ligand of this family is TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL), possessing a unique ability to selectively induce apoptosis in malignant cells. This study characterized the previously unknown expression of TRAIL and its receptors in both developing and adult human ovary, as well as in malignant granulosa cell tumors. TRAIL pathway was shown to be active in GCTs suggesting it may be a useful tool in treating these malignancies. However, more studies are required to assess the function of TRAIL pathway in normal ovaries. In addition to its ability to induce apoptosis in GCTs, this study revealed that GATA4 protects these malignancies from TRAIL-induced apoptosis. GATA4 presumably exerts this effect by regulating the expression of anti-apoptotic Bcl-2. This is of particular interest as high expression of GATA4 is known to correlate to aggressive GCT behavior. Thus, GATA4 seems to protect GCTs from endogenous TRAIL by upregulating anti-apoptotic factors such as Bcl-2.

Interrelations between Dry Eye Syndrome and Tear Fluid Phospholipid Transfer Protein

The simplified model of human tear fluid (TF) is a three-layered structure composed of a homogenous gel-like layer of hydrated mucins, an aqueous phase, and a lipid-rich outermost layer found in the tear-air interface. It is assumed that amphiphilic phospholipids are found adjacent to the aqueous-mucin layer and externally to this a layer composed of non-polar lipids face the tear-air interface. The lipid layer prevents evaporation of the TF and protects the eye, but excess accumulation of lipids may lead to drying of the corneal epithelium. Thus the lipid layer must be controlled and maintained by some molecular mechanisms. In the circulation, phospholipid transfer protein (PLTP) and cholesteryl ester transfer protein (CETP) mediate lipid transfers. The aim of this thesis was to investigate the presence and molecular mechanisms of lipid transfer proteins in human TF. The purpose was also to study the role of these proteins in the development of dry eye syndrome (DES). The presence of TF PLTP and CETP was studied by western blotting and mass spectrometry. The concentration of these proteins was determined by ELISA. The activities of the enzymes were determined by specific lipid transfer assays. To study the molecular mechanisms involved in PLTP mediated lipid transfer Langmuir monolayers and asymmetrical flow field-flow fractionation (AsFlFFF) was used. Ocular tissue samples were stained with monoclonal antibodies against PLTP to study the secretion route of PLTP. Heparin-Sepharose affinity chromatography was used for PLTP pull-down experiments and co-eluted proteins were identified with MALDI-TOF mass spectrometry or Western blot analysis. To study whether PLTP plays any functional role in TF PLTP-deficient mice were examined. The activity of PLTP was also studied in dry eye patients. PLTP is a component of normal human TF, whereas CETP is not. TF PLTP concentration was about 2-fold higher than that in human plasma. Inactivation of PLTP by heat treatment or immunoinhibition abolished the phospholipid transfer activity in tear fluid. PLTP was found to be secreted from lacrimal glands. PLTP seems to be surface active and is capable of accepting lipid molecules without the presence of lipid-protein complexes. The active movement of radioactively labeled lipids and high activity form of PLTP to acceptor particles suggested a shuttle model of PLTP-mediated lipid transfer. In this model, PLTP physically transports lipids between the donor and acceptor. Protein-protein interaction assays revealed ocular mucins as PLTP interaction partners in TF. In mice with a full deficiency of functional PLTP enhanced corneal epithelial damage, increased corneal permeability to carboxyfluorescein, and decreased corneal epithelial occludin expression was demonstrated. Increased tear fluid PLTP activity was observed among human DES patients. These results together suggest a scavenger property of TF PLTP: if the corneal epithelium is contaminated by hydrophobic material, PLTP could remove them and transport them to the superficial layer of the TF or, alternatively, transport them through the naso-lacrimal duct. Thus, PLTP might play an integral role in tear lipid trafficking and in the protection of the corneal epithelium. The increased PLTP activity in human DES patients suggests an ocular surface protective role for this lipid transfer protein.

Ruokauskomukset Mosambikin maaseudun raskaana olevilla ja imettävillä naisilla

Ihmisille ympäri maailmaa on tyypillistä valita tiettyjä ruokia suuremmasta valikoimasta syömäkelpoista ruokaa ja luoda mieltymyksiä sekä kieltoja joitakin ruokia kohtaan. Näitä ilmiöitä kutsutaan ruokauskomuksiksi ja ne ovat tärkeä osa kulttuuria. Niiden taustalla on usein terveydelliset perustelut tai sosiaalinen arvostus yhteisössä. Afrikassa on todettu olevan paljon erilaisia ruokauskomuksia, jotka kohdistuvat usein raskaana oleviin ja imettäviin naisiin sekä lapsiin, ryhmään, joka on fysiologisesti erityisen herkässä elämänvaiheessa. Ravitsemustilan tai ruokaturvan ollessa heikko, mahdollisilla ruokauskomuksilla voi olla merkittävät seuraukset erityisesti tämän väestönosan terveydentilaan. Aliravitsemus ja virheravitsemus ovat edelleen suuria ongelmia Afrikassa ja muissa kehittyvissä maissa. Tämän työn tavoitteena oli tutkia laadullisin menetelmin, onko erityisesti raskaana olevilla ja imettävillä naisilla Keski-Mosambikin maaseudulla, Zambézian maakunnassa, ruokauskomuksia, mitä ne mahdollisesti ovat, sekä arvioida voiko ruokauskomuksilla olla ravitsemuksellista merkitystä. Menetelminä oli 5 ryhmähaastattelua kolmessa kylässä ja 10 yksilöhaastattelua kahdessa kylässä. Tutkittavat olivat 12–78-vuotiaita naisia ja heitä oli yhteensä 27. Tulkkaus, tutkimusaiheen sensitiivisyys ja haastattelijan kokemattomuus aiheuttivat haasteita haastatteluiden toteutukseen. Tämän vuoksi menetelmää muokattiin ja se vaihdettiin ryhmähaastattelusta yksilöhaastatteluun tutkimuksen aikana. Ruokauskomukset vaihtelivat sekä kylien välillä että kylien sisällä, joskin niistä löytyi samantyyppisiä pääpiirteitä. Työssä todettiin, että raskaana oleviin ja imettäviin naisiin kohdistui tutkimusalueella ruokauskomuksia. Raskauden aikana tuli välttää pääasiassa proteiinipitoisia ruokia, kuten lihaa ja kalaa ja puolestaan suosia kasvisten, hedelmien ja viljatuotteiden käyttöä. Linnun munien syöntiä sekä suositeltiin että kehotettiin välttämään raskauden aikana. Raskauden aikana ilmeni lisäksi tietoinen tapa vähentää kassavapuuron tai ruuan syömistä kokonaisuudessaan. Imetyksen aikana ei vältetty juuri mitään ruokia, vaan suositeltiin kookosta ja kasviksia. Suurin osa perusteluista liittyi äidin ja lapsen terveyteen. Perustelut voitiin jakaa seuraaviin ryhmiin: lisää äidinmaidon tuotantoa; aiheuttaa vatsakipua äidillä; pitää yllä kuntoa ja estää vatsan kasvua; äidistä tulee vahva, terve ja hän saa vitamiineja; lapsen ulkonäkö muuttuu; lapsesta tulee terve ja vahva; lapsen käyttäytyminen muuttuu; aiheuttaa keskenmenon; aiheuttaa vaikean tai helpon synnytyksen. Ruokauskomukset ja terveysviranomaisilta tullut valistus oli osittain sekoittunut keskenään. Lähes kaikki naiset kertoivat noudattavansa näitä ruokauskomuksia. Muutamat naiset kertoivat suositeltavien ruokien kohdalla, että ruokien saatavuus tekee noudattamisen joskus vaikeaksi. Proteiinipitoisten ruokien välttäminen voi lisätä proteiinialiravitsemuksen riskiä ja syömisen vähentäminen saattaa lisätä riskiä saada riittämättömästi energiaa raskauden aikana. Suositeltavat ruuat todennäköisesti edistävät terveyttä. Tutkielman perusteella voitiin todeta, että vieraassa kulttuurissa tutkiminen vaatii tutkimusmenetelmältä paljon. Tärkeää on menetelmän joustavuus, jotta sitä voi muuttaa tutkimuskentällä toimivampaan ja luotettavampaan muotoon. Johtopäätöksenä todettiin, että suositeltavin menetelmä tutkittaessa ruokauskomuksia tällä tutkimusalueella olisi ollut yksilöhaastattelut, jossa olisi ollut mahdollisimman vähän osallistujia ja osallistujat olisivat olleet samaa sukupuolta ja saman ikäisiä. Terveyden ja ravitsemuksen kannalta on tärkeää, että ruokauskomuksista ollaan tietoisia ja väestön ruokauskomuksia tutkitaan alueittain, koska ne voivat vaihdella merkittävästi jopa kylien tai ihmisryhmien sisällä.

Kosteikkosedimentin fosforivarat ja niiden käyttökelpoisuus kasveille

Maatalouden ympäristötukiohjelmalla pyritään vähentämään maatalouden ravinnekuormitusta, sillä valtaosa fosforin hajakuormituksesta on peräisin maataloudesta. Maataloudesta peräisin olevan fosforin rehevöittävää vaikutusta vesistöissä voidaan pyrkiä vähentämään kosteikoilla, joiden päätarkoituksena on saada valumaveden mukana erodoitunut maa-aines sedimentoitumaan kosteikon pohjalle. Kosteikkojen toimivuudesta ja vesiensuojelun merkityksestä on kuitenkin Suomessa tehdyissä tutkimuksissa saatu ristiriitaisia tuloksia. Tämän työn tavoitteena on selvittää maa-analyysien avulla, mitä valuma-alueelta erodoitunut fosforille tapahtuu kosteikon sedimentissä ja kuinka hyvin sedimentoitunut aines soveltuu kasvualustaksi kasvintuotannossa. Valuma-alueen maanäytteitä ja kosteikon sedimenttinäytteitä vertailemalla havaittiin kosteikossa tapahtuvan erodoituneen maa-aineksen lajittumista. Kosteikosta otetussa sedimenttinäytteessä oli 48 % enemmän savesta kuin valumapellon muokkauskerroksen maanäytteissä. Lisäksi havaittiin, että savespitoisuuden lisääntyminen lisäsi sedimentin reaktiivista pinta-alaa, koska sedimentissä oli 45 % enemmän alumiini- ja rautahydroksideja kuin valuma-alueelta otetuissa maanäytteissä. Hydroksidien runsauden takia fosforin sorptiokapasiteetti oli sedimentissä 52 % suurepi kuin valuma-alueelta otetuissa näytteissä. Sedimenttinäytteiden fosforin sorptiokyllästysaste oli kuitenkin samansuuruinen verrattuna valuma-alueelta otettuihin näytteisiin, sillä hapettuneessa sedimentissä oli 50 % enemmän alumiini- ja rautahydroksidien sitomaa fosforia. Näytteenottohetkellä sedimentti oli pelkistyneessä tilassa, jolloin sen vesiuuttoisen fosforin määrä oli huomattavasti suurempi kuin hapettuneessa sedimentissä. Vastaavasti sedimentin hapettuessa fosforin sorptiokyky kasvoi huomattavasti, sillä pelkistyneestä sedimentistä desorboitui fosforia kosteikon veteen. Tämä havaittiin myös astiakokeessa, sillä sedimentissä kasvanut raiheinä kärsi voimakkaasta fosforin puutoksesta niillä lannoitustasoilla, joilla valuma-alueen maanäytteessä kasvaneella raiheinällä ei silmämääräisesti havaittu esiintyvän puutosoireita. Sedimentin toiselle sadolle annetulla kolminkertaisella fosforin lisälannoituksella saavutettiin samansuuruiset sadon kuiva-ainemäärät, fosforipitoisuudet ja fosforin otot kuin valuma-alueen maanäytteissä kasvaneella ensimmäisellä sadolla oli. Astiakokeen tulosten perusteella pelkistyneessä tilassa ollut sedimentti soveltuu heikosti kasvintuotannon kasvualustaksi suuren fosforisorptiokykynsä ansiosta. Parhaiten sedimentti soveltuisi runsaasti helppoliukoista fosforia sisältäville alueille, kuten karjan jalottelutarhan pohjamateriaaliksi, vähentämään ympäristöön kohdistuvaa fosforikuormitusta.

Genetic and epigenetic mechanisms of tumor predisposition in hereditary non-polyposis colorectal carcinoma and sporadic cancers

Individuals with inherited deficiency in DNA mismatch repair(MMR) (Lynch syndrome) LS are predisposed to different cancers in a non-random fashion. Endometrial cancer (EC) is the most common extracolonic malignancy in LS. LS represents the best characterized form of hereditary nonpolyposis colorectal carcinoma (HNPCC). Other forms of familial non-polyposis colon cancer exist, including familial colorectal cancer type X (FCCX). This syndrome resembles LS, but MMR gene defects are excluded and the predisposition genes are unknown so far. To address why different organs are differently susceptible to cancer development, we examined molecular similarities and differences in selected cancers whose frequency varies in LS individuals. Tumors that are common (colorectal, endometrial, gastric) and less common (brain, urological) in LS were characterized for MMR protein expression, microsatellite instability (MSI), and by altered DNA methylation. We also studied samples of histologically normal endometrium, endometrial hyperplasia,and cancer for molecular alterations to identify potential markers that could predict malignant transformation in LS and sporadic cases. Our results suggest that brain and kidney tumors follow a different pathway for cancer development than the most common LS related cancers.Our results suggest also that MMR defects are detectable in endometrial tissues from a proportion of LS mutation carriers prior to endometrial cancer development. Traditionally (complex) atypical hyperplasia has been considered critical for progression to malignancy. Our results suggest that complex hyperplasia without atypia is equally important as a precursor lesion of malignancy. Tumor profiles from Egypt were compared with colorectal tumors from Finland to evaluate if there are differences specific to the ethnic origin (East vs.West). Results showed for the first time a distinct genetic and epigenetic signature in the Egyptian CRC marked by high methylation of microsatellite stable tumors associated with advanced stage, and low frequency of Wnt signaling activation, suggesting a novel pathway. DNA samples from FCCX families were studied with genome wide linkage analysis using microsatellite markers. Selected genes from the linked areas were tested for possible mutations that could explain predisposition to a large number of colon adenomas and carcinomas seen in these families. Based on the results from the linkage analysis, a number of areas with tentative linkage were identified in family 20. We narrowed down these areas by additional microsatellite markers to found a mutation in the BMPR1A gene. Sequencing of an additional 17 FCCX families resulted in a BMPR1A mutation frequency of 2/18 families (11%). Clarification of the mechanisms of the differential tumor susceptibility in LS increases the understanding of gene and organ specific targets of MMR deficiency. While it is generally accepted that widespread MMR deficiency and consequent microsatellite instability (MSI) drives tumorigenesis in LS, the timing of molecular alterations is controversial. In particular, it is important to know that alterations may occur several years before cancer formation, at stages that are still histologically regarded as normal. Identification of molecular markers that could predict the risk of malignant transformation may be used to improve surveillance and cancer prevention in genetically predisposed individuals. Significant fractions of families with colorectal and/or endometrial cancer presently lack molecular definition altogether. Our findings expand the phenotypic spectrum of BMPR1A mutations and, for the first time, link FCCX families to the germline mutation of a specific gene. In particular, our observations encourage screening of additional families with FCCX for BMPR1A mutation, which is necessary in obtaining a reliable estimate of the share of BMPR1A-associated cases among all FCCX families worldwide. Clinically, the identification of predisposing mutations enables targeted cancer prevention in proven mutation carriers and thereby reduces cancer morbidity and mortality in the respective families.