Implementing telephony signalling over IP networks using SIGTRAN standards

Diplomityössä tutkitaan yhteiskanavamerkinantoverkon signalointiliikenteen siirtoa IP-pohjaisiin verkkoihin käyttäen IETF:n aliorganisaation, SIGTRAN:in, määrittelemiä standardeja. Tutkimuksen lisäksi työssä suoritetaan myös toteutus, joka mahdollistaa em. verkkojen yhdistymisen. Ensin työssä käsitellään yhteiskanavamerkinantoverkon tulevaisuus ja alan yleiset näkymät, jotka luovat pohjan työn toteutuksen ymmärtämiseen. Toiseksi työssä esitellään toteutuksessa käytetyt teknologiat. Esiteltäviin teknologioihin kuuluvat yhteiskanavamerkinantoverkko, IP-pohjainen verkko, SIGTRAN:in määrittelemät standardit, toteutustyökalut sekä ympäristö, johon toteutus liitetään. Toteutukseen olennaisesti liittyvät asiat ovat painotettuina teknologioiden esittelyssä. Diplomityön loppuosassa kuvataan merkinantoyhdyskäytävän toteutus suunnittelun ja toteutettujen toiminnallisuuksien osalta. Diplomityön tuloksena saatiin uusi testattu merkinantosovellus, joka täyttää yhteiskanavamerkinantoverkolle asetetut vaatimukset. Toteutus toimii osana Intellitel(TM) ONE palvelualustaa. Toteutuksen kehitys tulee jatkumaan.

Novel Roles of HCG/LH Signalling in the Mouse Mammary Gland and its Tumorigenesis.

Breast cancer is the most common cancer in women, and its development is intimately related to hormonal factors, but how hormones affect breast physiology and tumorigenesis is not sufficiently known. Pregnancy elicits long-term protection from breast cancer, but during the first ten years after pregnancy, breast cancer risk is increased. In previous studies, there has been conflicting data on the role of human chorionic gonadotropin (HCG) and the functionality of its receptor in extragonadal tissues. The aim of this study was to elucidate the role of chronically elevated HCG in mouse physiology. We have created a transgenic (TG) mouse model that overexpresses HCG. HCG is similar to lutenizing hormone (LH), but is secreted almost solely by the placenta during pregnancy. HCG and LH both bind to the LH receptor (LHR). In the current study, mammary gland tumors were observed in HCG TG mice. We elucidated the role of HCG in mammary gland signalling and the effects of LHR mediated signalling in mouse mammary gland gene expression. We also studied the effects of HCG in human breast epithelial cell cultures. Several endocrine disturbances were observed in HCGβ TG female mice, resulting in precocious puberty, infertility, obesity and pituitary and mammary gland tumors. The histology of the mammary gland tumors of HCGβ TG females resembled those observed in mouse models with activated Wnt/β-catenin signalling pathway. Wnts are involved in stem cell regulation and tumorigenesis, and are hormonally regulated in the mammary gland. We observed activated β-catenin signalling and elevated expression of Wnt5b and Wnt7b in TG tumors and mammary glands. Furthermore, we discovered that HCG directly regulates the expression of Wnt5b and Wnt7b in the mouse mammary gland. Pharmacological treatment with HCG also caused upregulation of several Wnt-pathway target genes in ovariectomized wild type (WT) mice in the presence of physiological concentrations of estradiol and progesterone. In addition, differential expression of several metabolic genes was observed, suggesting that HCG affects adipocyte function or glucose metabolism. When WT mice were transplanted with LHR deficient or wild type WT mammary epithelium, differential expression of several genes affecting the Wnt-signalling pathway was observed in microarray analysis. Diminished expression of several genes associated with LHR function in other tissues, such as the ovary, was observed in mammary glands deficient of epithelial LHR. In cultured human mammary epithelial cells HCG upregulated the expression of WNT5B, WNT7B similar to mouse, suggesting that the observations found are relevant in human physiology. These studies suggest that HCG/LHR signalling affects gene expression in non-gonadal tissues, and that Wnt-signalling is regulated by HCG/LH in human and mouse mammary glands.

Novel cancer-related regulatory targets for the signalling sphingolipids sphingosine-1-phosphate and sphingosylphosphorylcholine

The signalling sphingolipid sphingosine-1-phosphate (S1P) is necessary for development of the immune system and vasculature and on a cellular level regulates migration, proliferation and survival. Due to these traits S1P has an important role in cancer biology. It is considered a primarily cancer-promoting factor and the enzyme which produces it, sphingosine kinase (SphK), is often over-expressed in tumours. S1P is naturally present in the blood, lymph, tissue fluids and cell cytoplasm and functions through its cell surface receptors (S1P1-5) and as an intracellular second messenger. Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is closely related to S1P and has similar regulatory functions but has not been extensively studied. Both S1P and SPC are able to evoke either stimulatory or inhibitory effects on cancer cells depending on the context. The aim of this thesis work was to study novel regulatory targets of S1P and SPC, which mediate the effects of S1P/SPC signalling on cancer cell behaviour. The investigated targets are the transcription factor hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1), the intermediate filament protein vimentin and components of the Hippo signalling pathway. HIF-1 has a central role in cancer biology, as it regulates a multitude of cancer-related genes and is potently activated by intratumoural hypoxia through stabilization of the regulatory subunit HIF-1α. Tumours typically harbour high HIF-1α levels and HIF-1, in turn, facilitates tumour angiogenesis and metastasis and regulates cancer cell metabolism. We found S1P to induce follicular thyroid cancer cell migration in normal oxygen conditions by increasing HIF-1α synthesis and stability and subsequently HIF-1 activity. Vimentin is a central regulator of cell motility and is also commonly over-expressed in cancers. Vimentin filaments form a cytoskeletal network in mesenchymal cells as well as epithelial cancer cells which have gone through epithelial-mesenchymal transition (EMT). Vimentin is heavily involved in cancer cell invasion and gives tumours metastatic potential. We saw both S1P and SPC induce phosphorylation of vimentin monomers and reorganization of the vimentin filament network in breast and anaplastic thyroid cancer cells. We also found vimentin to mediate the anti-migratory effect of S1P/SPC on these cells. The Hippo pathway is a novel signalling cascade which controls cancer-related processes such as cellular proliferation and survival in response to various extracellular signals. The core of the pathway consists of the transcriptional regulators YAP and TAZ, which activate predominantly cancer-promoting genes, and the tumour suppressive kinases Lats1 and Lats2 which inhibit YAP/TAZ. Increased YAP expression and activity has been reported for a wide variety of cancers. We found SPC to regulate Hippo signalling in breast cancer cells in a two-fold manner through effects on phosphorylation status, activity and/or expression of YAP and Lats2. In conclusion, this thesis reveals new details of the signalling function of S1P and SPC and regulation of the central oncogenic factors HIF-1 and vimentin as well as the novel cancer-related pathway Hippo.

Integrin traffic and signalling – from plasma membrane to endosomes

Integrins are the main cell surface receptors by which cells adhere to the surrounding extracellular matrix (ECM). Cells regulate integrin-mediated adhesions by integrin endo/exocytic trafficking or by altering the integrin activation status. Integrin binding to ECM-components induces several intracellular signalling cascades, which regulate almost every aspect of cell behaviour from cell motility to survival, and dysregulation of integrin traffic or signalling is associated with cancer progression. Upon detachment, normal cells undergo a specialised form of programmed cell death namely anoikis and the ECM-integrin -mediated activation of focal adhesion kinase (FAK) signalling at the cell surface has been considered critical for anoikis suppression. Integrins are also constantly endocytosed and recycled back to the plasma membrane, and so far the role of integrin traffic in cancer has been linked to increased adhesion site turnover and cell migration. However, different growth factor receptors are known to signal also from endosomes, but the ability of integrins to signal from endosomes has not been previously studied. In this thesis, I demonstrate for the first time that integrins are signalling also from endosomes. In contrast to previous believes, integrin-induced focal adhesion kinase (FAK) signalling occurs also on endosomes, and the endosomal FAK signalling is critical for anoikis suppression and for cancer related processes such as anchorage-independent growth and metastasis. Moreover, we have set up a new integrin trafficking assay and demonstrate for the first time in a comprehensive manner that active and inactive integrins undergo distinct trafficking routes. Together these results open up new horizons in our understanding of integrins and highlight the fundamental connection between integrin traffic and signalling.

Immunopathogenesis of Asthma and Atopic Diseases – The specific Role of a selected Panel of Genes in human T helper Cell Differentiation

T helper cell (Th) functions are crucial for proper immune defence against various intra- and extracellular pathogens. According to the specific immune responses, Th cells can be classified into subtypes, Th1 and Th2 cells being the most frequently characterized classes. Th1 and Th2 cells interact with other immune cells by regulating their functions with specific cytokine production. IFN, IL-2 and TNF- are the cytokines predominantly produced by Th1 cells whereas Th2 cells produce Th2-type cytokines, such as IL-4, IL-5 and IL-13. Upon TCR activation and in the presence of polarizing cytokines, Th cells differentiate into effector subtypes from a common precursor cell. IFN and IL-12 are the predominant Th1 polarizing cytokines whereas IL-4 directs Th2 polarization. The cytokines mediate their effects through specific receptor signalling. The differentiation process is complex, involving various signalling molecules and routes, as well as functions of the specific transcription factors. The functions of the Th1/Th2 cells are tightly regulated; however, knowledge on human Th cell differentiation is, as yet, fairly poor. The susceptibility for many immune-mediated disorders often originates from disturbed Th cell responses. Thus, research is needed for defining the molecular mechanisms involved in the differentiation and balanced functions of the Th cells. Importantly, the new information obtained will be crucial for a better understanding of the pathogenesis of immune-mediated disorders, such as asthma or autoimmune diseases. In the first subproject of this thesis, the role of genetic polymorphisms in the human STAT6, GATA3 and STAT4 genes were investigated for asthma or atopy susceptibility in Finnish asthma families by association analysis. These genes code for key transcription factors regulating Th cell differentiation. The study resulted in the identification of a GATA3 haplotype that associated with asthma and related traits (high serum IgE level). In the second subproject, an optimized method for human primary T cell transfection and enrichment was established. The method can be utilized for functional studies for the selected genes of interest. The method was also utilized in the third subproject, which aimed at the identification of novel genes involved in early human Th cell polarization (0-48h) using genome-wide oligonucleotide arrays. As a result, numerous genes and ESTs with known or unknown functions were identified in the study. Using an shRNA knockdown approach, a panel of novel IL-4/STAT6 regulated genes were identified in the functional studies of the genes. Moreover, one of the genes, NDFIP2, with a previously uncharacterized role in the human Th differentiation, was observed to promote IFN production of the differentiated Th1 cells. Taken together, the results obtained have revealed potential new relevant candidate genes serving as a basis for further studies characterizing the detailed networks involved in the human Th cell differentiation as well as in the genetic susceptibility of Th-mediated immune disorders.

GPS-paikkatiedonliittäminen matkapuhelinpalveluihin

2000-luvun vaihteessa paikkatietoa hyödyntävistä matkapuhelinpalveluista odotettiin muodostuvan eräs merkittävimmistä kilpailuvalteista eri matkapuhelinoperaattoreiden välillä. Kiinnostusta paikkatietoa hyödyntäviin palveluihin lisäsi kaupallisten sovellusten lisäksi Yhdysvaltojen liittovaltioiden liikenneministeriön säätämä laki, joka velvoittaa paikantamaan yleiseen hätänumeroon soitetut puhelut. Erityisesti laite- ja verkkotoimittajat odottivat tämänluovan heille uusia markkinoita. Markkinoille tuli useita kilpailevia menetelmiä, joilla matkapuhelimia voitiin paikantaa. Suurin osa näistä menetelmistä hyödynsi GSM-verkon signalointia paikannuksen tekemiseen. Samaan aikaan kohonnut matkapuhelinten suorituskyky mahdollisti GPS-vastaanottimien integroinnin matkapuhelimiin ja ensimmäiset tällaiset matkapuhelimet ilmestyivät markkinoille. Matkapuhelinten paikantamiseen liittyvä standardointi on melko hajanaista. ETSI on standardoinut joukon erilaisia menetelmiä, joilla matkapuhelin paikkatieto voidaan selvittää. Nämä standardit eivät kuitenkaan määrittele sitä, kuinka paikkatieto siirretään sitä hyödyntävien palveluiden käyttöön. Paikkatiedonsiirtämiseen ja esittämiseen liittyvässä standardoinnissa eri laite- ja ohjelmistovalmistajat ovat tehneet liittoutumia keskenään ja esitelleet keskenään kilpailevia standardeja ja suosituksia. Tälläkään osa-alueella mikään liittoutuma ei ole saavuttanut määräävää markkina-asemaa. Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin järjestelmä, jonka avulla voidaan paikantaa sellaisia GSM-päätelaitteita, joihin on integroitu GPS-vastaanotin. Toteutettu järjestelmä liitettiin uudeksi paikannusmenetelmäksi solupaikannuksen rinnalle Sonera Pointer paikannusjärjestelmään. Työn aikana testattiin joukko markkinoilla olleita GSM-puhelimia, joihin oli integroitu GPS-vastaanotin. Matkapuhelinten testauksessa erityinen huomio kiinnittyi siihen, kuinka GPS-paikkatieto saadaan siirrettyä matkapuhelimesta verkossa sijaitsevien sovellusten käyttöön. Toteutetun järjestelmän suunnittelussa täkein lähtökohta oli järjestelmän joustavuus. Standardien hajanaisuus ja osittainen puuttuminen aiheuttivat sen, että järjestelmästä oli tehtävä mahdollisimman helposti laajennettava. Toinen merkittävä suunnitteluun vaikuttanut tekijä oli operaattoririippumattomuus, koska Sonera Pointer järjestelmää oli tarkoitus myydä myös muille matkapuhelinoperaattoreille.

ErbB Ligands in Angiogenesis

The formation of new blood vessels, i.e. angiogenesis, is an important phenomenon during normal development and wound repair, as well as during various pathological processes, such as tumor growth and metastasis. Specific growth factors regulate angiogenesis by modulating the different cellular functions of endothelial cells (EC), and periendothelial cells, such as pericytes (PC) and smooth muscle cells (SMC), which interact with ECs in a paracrine manner. ErbB receptors form a subgroup of transmembrane receptor tyrosine kinases that interact with growth factors of the epidermal growth factor (EGF) family. ErbB receptors regulate behaviour of a variety of normal as well as tumor cell types. Cancer drugs that target epidermal growth factor receptor (EGFR, ErbB1) or ErbB2 receptor have been approved for clinical use. It has been speculated that part of the antitumor activity of ErbB inhibitor compounds result from an antiangiogenic mechanism. The results presented here indicate a role for endothelial-derived EGF-like growth factors heparin binding EGF-like growth factor (HB-EGF) and neuregulin-1 (NRG-1) in the paracrine regulation of angiogenesis. HB-EGF, EGFR and ErbB2 are shown to mediate interaction between ECs and SMCs in vitro, and gefitinib, an inhibitor of EGFR kinase activity, suppresses recruitment of PCs/SMCs in vivo. NRG-1 is shown to regulate EC functions in vitro and angiogenesis in vivo by indirect mechanisms involving vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) and VEGF receptor-2 (VEGFR-2). Furthermore, EGFR activity is demonstrated to regulate recruitment of bone marrow-derived perivascular cells during tumor neovascularization in vivo. These results indicate that ErbB signaling is involved in the cellular processes of new blood vessel formation. This study gives new information about the role of ErbB ligands and receptors in angiogenesis and vasculogenesis and about the mechanisms by which ErbB inhibitor drugs such as gefitinib affect tumor growth.

Mobility Management in Packet Switched Mobile Networks

Nykyisin matkaviestinverkot ovat osa jokapäiväistä elämää. Merkittävimpiä eroja kiinteiden ja matkaviestinverkkojen välillä on käyttäjän liikkuvuus, joka voidaan määritellä mahdollisuudeksi soittaa ja vastaanottaa puheluita missä ja milloin tahansa. Työ selittää termin liikkuvuus ja määrittää ongelmat, jotka täytyy ratkaista liikkuvuuden aikaansaamiseksi sekä tavat, joilla nämä ongelmat on ratkaistu matkaviestinverkoissa. Työ luo yleiskatsauksen liikkuvuuden aikaansaamisessa käytettäviin menetelmiin, joita ovat haku, sijainnin päivitys, sijainnin seuranta ja kanavan vaihto. Työ keskittyy liikkuvuuteen kolmannen sukupolven matkaviestinverkkojen paketti-kytkentäisessä osassa, esimerkkinä liikkuvuuden hallinta UMTS:ssa (Universal Mobile Telecommunications System). Erot paketti- ja piirikytkentäisen osan välillä tuodaan esille ja selitetään. Jotta käyttäjät ja heidän päätteensä voisivat liikkua, tiedon täytyy kulkea verkon eri osien välillä. Merkinanto verkkoelementtien välillä ja liikkuvuuden mahdollistavien toimenpiteiden suoritus tehdään yhteyskäytännön avulla. Työ kuvaa yhteyskäytännöt, jotka ovat osallisena liikkuvuuden tarjontaan. Painopiste on GPRS:n liikkuvuuden-hallintayhteyskäytännössä, GMM:ssä. GMM protokollan prototyypin toteutus on esitetty työn käytännön osassa.

Matkapuhelinverkon MAP-protokollatoteutus älyverkkopalveluiden ohjauspisteeseen

Työssä esitellään yleiseurooppalaisen GSM-matkapuhelinjärjestelmän verkkoelementtejä ja perehdytään niiden väliseen standardoituun merkinantoprotokollaan. Lisäksi tarkastellaan protokollan lyhytsanomien välitykseen liittyviä operaatioita ja niissä tapahtunutta kehitystä standardoinnin eri vaiheissa. Tavoitteena oli toteuttaa GSM-matkapuhelinverkon merkinantoprotokollaan perustuva ohjelma, jonka tehtävänä on välittää lyhytsanomia matkapuhelin- ja lyhytsanomakeskuksen välillä. Matkapuhelimeen päättyvän lyhytsanoman välitykseen liittyy lisäksi reititystiedon hakeminen vastaanottajan kotirekisteristä. Toteutuksessa on ohjelmointirajapinta, joka helpottaa matkapuhelinverkon uusien palvelusovellusten kehittämistä. Toteutus testattiin standardoituja testitapauksia soveltaen. Yhdenmukaisuustestauksessa käytettiin apuna merkinantoanalysaattoria. Testauksessa tarkastettiin, että protokolla toimii loogisesti oikein. Suorituskykyä ei ole voitu testata todellisessa testiympäristössä, mutta ohjelmallisesti toteutettujen simulaattoreiden avulla on saatu hyviä tuloksia.

Radio Resource Management across UMTS Radio Network Subsystems

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), esimerkkinä kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmästä pyrkii toistamaan GSM:n (Global System for Mobile Communications) menestyksen. UMTS:n kaupallinen toiminta on parhaillaan alkamassa ja ensimmäinen kaupallinen verkko on jo aloittanut toimintansa Japanissa. Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS:stä keskittyen radioverkkojärjestelmän (UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN) radioresurssien hallintaan (Radio Resource Management, RRM). Työssä kuvataan radiorajapintojen toimintaa, mutta diplomityön pääaiheena on kuitenkin radioresurssien hallinta UMTS radioaliverkkojärjestelmien ylitse. Radioresurssien hallinta pitää sisällään joukon proseduureja, jotka vaikuttavat koko UTRAN:in rakenteen lävitse. On hyvin tärkeää saavuttaa oikea toiminnallisuus hajautettujen radioresurssien hallintaan jotta voitaisiin saavuttaa paras yhteyden laatu loppukäyttäjälle. Työssä käydään yksityiskohtaisesti lävitse radioresurssien hallinnan perusperiaatteet ja joukko proseduureja. RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) protokollaa tarkastellaan työssä esimerkkinä protokollasta joka osallistuu radioresurssien hallintaprosessiin.

Transport Resource Management within UMTS Radio Network Subsystem

Tällä hetkellä haastavin telekommunikaatioteollisuuden tutkimus – ja kehitystoiminta on keskittynyt kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien ympärille. Järjestelmien standardointityössä on saatu aikaiseksi ensimmäiset vakaat spesifikaatioversiot ja kaupallista toimintaa ollaan parhaillaan aloittelemassa Japanissa ja Euroopassa. Eräs kolmannen sukupolven järjestelmistä on UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS järjestelmästä ja sen eri verkkoelementtien toiminnallisuuksista. Päähuomio on kiinnitetty radioverkkojärjestelmään (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ja erityisesti sen radioaliverkkojärjestelmään (Radio Network Subsystem), joka koostuu radioverkonohjaimesta (Radio Network Controller) ja joukosta siihen kuuluvia tukiasemia (Node B). Radioverkonohjain ja tukiasemat on yhdistetty avoimen rajapinnan kautta jota kutsutaan Iub -rajapinnaksi. Rajapinta tarjoaa radioverkonohjaimelle mahdollisuuden kontrolloida tukiasemia signalointiviestien avulla ja mahdollistaa tehokkaan ja luotettavan käyttäjätiedon siirron radioaliverkkojärjestelmän sisällä. Tämän diplomityön pääasiallinen sisältö on siirtoresurssien hallinta Iub -rajapinnan ylitse. Työssä esitellään ja selitetään siirtoverkon arkkitehtuuri. Myös kaikki Iub:ssä sijaitsevat protokollat ja toiminnalliset yksiköt jotka vaikuttavat siirtoresurssien hallintaan esitellään ja kuvataan yksityiskohtaisesti. Päähuomio on kiinnitetty sovellusprotokolliin sekä rajapinnan siirtoverkko- että radioverkkokerroksella sekä näiden protokollien väliseen vuorovaikutukseen. Kyseiset protokollat ovat Node B Application Part (NBAP) ja Access Link Control Application Part (ALCAP). Työn toteutusosassa käydään lävitse NBAP –protokollan prototyypin ja Node B Manager –toiminnallisen yksikön prototyypin implementaatio.

ISDN-käyttäjäosaprotokollan suunnittelu, toteutus ja testaus.

Diplomityössä suunnitellaan, toteutetaan ja testataan ISUP-protokolla. ISUP kytketään osaksi Intellitel Communications Oy:n toteuttamaan Intellitel(TM) -tuotetta, joka tarjoaa kehitysympäristön kahdennetuille palveluille niin tele- kuin dataverkkoihin. Työssä sidotaan ISUP-protokollan kehitystyö osaksi markkinoilla vallitsevaa verkkojen konvergoitumiskehitystä, ja tässä valossa esitellään nykyisiä ja mahdollisia tulevia sovelluskohteita toteutetulle ISUP-protokollalle. ISUP:n testaukseen käytetyt moduuli-, standardinmukaisuus- ja verkkoonvientitestausmenetelmät esitellään soveltuvin osin työn testausosiossa. Työn tuloksena on standardin mukaan suunniteltu, toteutettu ja testattu protokolla, joka tarjoaa rajapinnan puheluidenohjauslogiikalle.

Älykäs viestintäjärjestelmä

TeliaSoneran SME-viestintäjärjestelmän tarkoituksena on toimia demo- ja kehitysalustana uusille viestintäpalveluille. Näitä palveluita ovat esimerkiksi tilatiedon seuraaminen ja muuttaminen sekä pikaviestien lähettäminen ja vastaanottaminen eri alustoilla, kuten matkapuhelimilla, PDA-laitteilla, PC:eillä. Järjestelmän tulee myös toimia helppona yhteysrajapintana mahdollisille tuleville tiedonsiirtoteille. Pikaviestien lähetys- ja puhelujensignalointiprotokollana järjestelmässä toimii SIP. Järjestelmän sisäisenä kommunikaatioprotokollana toimii CORBA. Työn osuus ja tämän dokumentin fokus ovat järjestelmäytimessä eli Core:ssa. Core:n avulla järjestelmän eri komponentit, kuten SIP-, WAP- ja WWW-viestinvälityspalvelimet sidotaan toisiinsa sekä tietokantaan. Ytimen tehtäviin kuuluu myös käyttäjien tilatietojen ylläpito, viestien reititys eri päätelaitteisiin, ryhmäviestintä sekä pikaviestikomentojen toiminnallisuus, eli sanalla sanoen älykkyys. Lisäksi työssä tarkastellaan ytimen käyttämiä rajapintoja ja niiden toteutustekniikoita, projektin toteutukseen käytettyjä työkaluja sekä järjestelmän tarjoamia palveluita yksityiskohtaisemmin ytimen kannalta. Lopuksi luodaan silmäys tulevaisuuden näkymiin ja järjestelmän nykytilaan sekä kokonaisuutena hyvin menneen projektin tavoitteisiin.

Imaging techniques applied for detection of secretion, transgene delivery and G proteincoupled receptors in reproductive and endocrine cells in vivo and in vitro

Post-testicular sperm maturation occurs in the epididymis. The ion concentration and proteins secreted into the epididymal lumen, together with testicular factors, are believed to be responsible for the maturation of spermatozoa. Disruption of the maturation of spermatozoa in the epididymis provides a promising strategy for generating a male contraceptive. However, little is known about the proteins involved. For drug development, it is also essential to have tools to study the function of these proteins in vitro. One approach for screening novel targets is to study the secretory products of the epididymis or the G protein-coupled receptors (GPCRs) that are involved in the maturation process of the spermatozoa. The modified Ca2+ imaging technique to monitor release from PC12 pheochromocytoma cells can also be applied to monitor secretory products involved in the maturational processes of spermatozoa. PC12 pheochromocytoma cells were chosen for evaluation of this technique as they release catecholamines from their cell body, thus behaving like endocrine secretory cells. The results of the study demonstrate that depolarisation of nerve growth factor -differentiated PC12 cells releases factors which activate nearby randomly distributed HEL erythroleukemia cells. Thus, during the release process, the ligands reach concentrations high enough to activate receptors even in cells some distance from the release site. This suggests that communication between randomly dispersed cells is possible even if the actual quantities of transmitter released are extremely small. The development of a novel method to analyse GPCR-dependent Ca2+ signalling in living slices of mouse caput epididymis is an additional tool for screening for drug targets. By this technique it was possible to analyse functional GPCRs in the epithelial cells of the ductus epididymis. The results revealed that, both P2X- and P2Y-type purinergic receptors are responsible for the rapid and transient Ca2+ signal detected in the epithelial cells of caput epididymides. Immunohistochemical and reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RTPCR) analyses showed the expression of at least P2X1, P2X2, P2X4 and P2X7, and P2Y1 and P2Y2 receptors in the epididymis. Searching for epididymis-specific promoters for transgene delivery into the epididymis is of key importance for the development of specific models for drug development. We used EGFP as the reporter gene to identify proper promoters to deliver transgenes into the epithelial cells of the mouse epididymis in vivo. Our results revealed that the 5.0 kb murine Glutathione peroxidase 5 (GPX5) promoter can be used to target transgene expression into the epididymis while the 3.8 kb Cysteine-rich secretory protein-1 (CRISP-1) promoter can be used to target transgene expression into the testis. Although the visualisation of EGFP in living cells in culture usually poses few problems, the detection of EGFP in tissue sections can be more difficult because soluble EGFP molecules can be lost if the cell membrane is damaged by freezing, sectioning, or permeabilisation. Furthermore, the fluorescence of EGFP is dependent on its conformation. Therefore, fixation protocols that immobilise EGFP may also destroy its usefulness as a fluorescent reporter. We therefore developed a novel tissue preparation and preservation techniques for EGFP. In addition, fluorescence spectrophotometry with epididymal epithelial cells in suspension revealed the expression of functional purinergic, adrenergic, cholinergic and bradykinin receptors in these cell lines (mE-Cap27 and mE-Cap28). In conclusion, we developed new tools for studying the role of the epididymis in sperm maturation. We developed a new technique to analyse GPCR dependent Ca2+ signalling in living slices of mouse caput epididymis. In addition, we improved the method of detecting reporter gene expression. Furthermore, we characterised two epididymis-specific gene promoters, analysed the expression of GPCRs in epididymal epithelial cells and developed a novel technique for measurement of secretion from cells.