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.

Molecular genetics of the immotile short tail sperm defect

Hedelmättömyyttä aiheuttavan siittiöiden puolihäntävian molekyyligenetiikka Suomalaisissa Yorkshire karjuissa yleistyi 1990-luvun lopulla autosomaalisesti ja resessiivisesti periytyvä hedelmättömyyttä aiheuttava siittiöiden puolihäntävika (ISTS, immotile short tail sperm). Sairaus aiheuttaa normaalia lyhyemmän ja täysin liikkumattoman siittiön hännän muodostuksen. Muita oireita sairailla karjuilla ei ole havaittu ja emakot ovat oireettomia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa siittiöiden puolihäntävian aiheuttava geenivirhe ja kehittää DNA-testi markkeri- ja geeniavusteiseen valintaan. Koko genomin kartoituksessa vian aiheuttava alue paikannettiin sian kromosomiin 16. Paikannuksen perusteella kahden geenimerkin haplotyyppi kehitettiin käytettäväksi markkeri-avusteisessa valinnassa. Sairauteen kytkeytyneen alueen hienokartoitusta jatkettiin geenitestin kehittämiseksi kantajadiagnostiikkaan. Vertailevalla kartoituksella oireeseen kytkeytynyt alue paikannettiin 2 cM:n alueelle ihmisen kromosomiin viisi (5p13.2). Tällä alueella sijaitsevia geenejä vastaavista sian sekvensseistä löydetyn muuntelun perusteella voitiin tarkentaa sairauteen kytkeytyneitä haplotyyppejä. Haplotyyppien perusteella puolihäntäoireeseen kytkeytynyt alue rajattiin kahdeksan geenin alueelle ihmisen geenikartalla. Alueelle paikannetun kandidaattigeenin (KPL2) sekvensointi paljasti introniin liittyneen liikkuvan DNA-sekvenssin, Line-1 retroposonin. Tämä retroposoni muuttaa geenin silmikointia siten, että sitä edeltävä eksoni jätetään pois tai myös osa introni- ja inserttisekvenssiä liitetään geenin mRNA tuotteeseen. Molemmissa tapauksissa tuloksena on lyhentynyt KPL2 proteiini. Tähän retroposoni-inserttiin perustuva geenitesti on ollut sianjalostajien käytössä vuodesta 2006. KPL2 geenin ilmenemisen tarkastelu sialla ja hiirellä paljasti useita kudosspesifisiä silmikointimuotoja. KPL2 geenin pitkä muoto ilmenee pääasiassa vain kiveksessä, mikä selittää geenivirheen aiheuttamat erityisesti siittiön kehitykseen liittyvät oireet. KPL2 proteiinin ilmeneminen hiiren siittiön hännän kehityksen aikana ja mahdollinen yhteistoiminta IFT20 proteiinin kanssa viittaavat tehtävään proteiinien kuljetuksessa siittiön häntään. Mahdollisen kuljetustehtävän lisäksi KPL2 saattaa toimia myös siittiön hännän rakenneosana, koska se paikannettiin valmiin siittiön hännän keskiosaan. Lisäksi KPL2 proteiini saattaa myös toimia Golgin laitteessa sekä Sertolin solujen ja spermatidien liitoksissa, mutta nämä havainnot kuitenkin vaativat lisätutkimuksia. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että KPL2 geeni on tärkeä siittiön hännän kehitykselle ja sen rakennemuutos aiheuttaa siittiöiden puolihäntäoireen suomalaisilla Yorkshire karjuilla. KPL2 proteiinin ilmeneminen ja paikannus siittiön kehityksen aikana antaa viitteitä proteiinin toiminnasta. Koska KPL2 geenisekvenssi on erittäin konservoitunut, nämä tulokset tuovat uutta tietoa kaikkien nisäkkäiden siittiöiden kehitykseen ja urosten hedelmättömyyteen syihin.

Cancer therapy-related toxicity in the immature testis

Infertility is a common late effect of childhood cancer treatment. Testicular toxicity can clinically be first detected after the onset of pubertal maturation of the patients when the testis does not grow, spermatogenesis does not initiate and serum levels of gonadotrophins rise. Improved prognosis for childhood cancer has resulted in a growing number of childhood cancer survivors with late effects. In our study, we developed novel tools for detecting cancer therapy-related testicular toxicity during development. By using these methods the effects of the tyrosine kinase inhibitor imatinib mesylate, chemotherapy agent doxorubicin and irradiation on testicular development were investigated in rat and monkey. Patients with chronic myeloid leukemia and some patients with acute lymphoblastic leukemia have fusion gene BCR-ABL which codes for abnormal tyrosine kinase protein. Imatinib mesylate (Glivec®) inhibits activity of this protein. In addition, imatinib inhibits the action of the c-kit and PDGF –receptors, which are both important for the survival and proliferation of the spermatogonial stem cell pool. Imatinib exposure during prepubertal development disturbed the development and the growth of the testis. Spermatogonial stem cells were also sensitive to the toxic effects of doxorubicin and irradiation during the initiation phase of spermatogenesis. In addition, the effect of the treatment of acute lymphoblastic leukemia on germ cell numbers and recovery of reproductive functions after sexual maturation was investigated. Therapy for childhood acute lymphoblastic leukemia seldom results in infertility. The present study gives new information on the mechanisms by which cancer treatments exert their gonadal toxicity in immature testis.

Venäläistä rulettia – Nuorten perhesuunnittelun esteet ja tarpeet Pietarissa ja Riiassa

Latviassa ja Venäjällä heikko demografinen tilanne on lisännyt keskustelua seksuaali- ja kansalaisoikeuksista sekä valtion merkityksestä niiden toteuttamisessa. Väestöpolitiikassa näkyy yhteiskunnallinen tilanne sekä sen kyky ja mahdollisuudet huomioida nuorten perhesuunnitteluun liittyviä tarpeita. Huomion kohteena on myös palvelujärjestelmä ja siinä toteutuva yksilöllinen taso. Tutkin perhesuunnittelua kokonaisvaltaisesti, mikä ilmenee erilaisten polkuriippuvuuksien tarkasteluina. Mielenkiintoiseksi kohteen tekee entisten sosialististen valtioiden erityislaatuisen murroksen läpikäyminen. Perhesuunnittelu on osa seksuaali- ja ihmisoikeuksia. Siihen kuuluu seksuaaliterveydestä tiedottaminen ja ohjaus sekä siihen liittyvät toimenpiteet. Perhesuunnittelu sisältää niin sosiaaliset, kasvatukselliset kuin lääketieteellisetkin näkökulmat. Siihen liitetään myös moraalisia ja taloudellisia näkemyksiä, sekä politiikkaa ja henkilökohtaisuutta. Tutkimustehtäväni on nuorten perhesuunnittelun esteet ja tarpeet Riiassa ja Pietarissa. Sovellan metodologisena lähestymistapana sosiaalihistoriallista ja etnografista tutkimusotetta, jolloin perinteen vaikutusten, kulttuuristen rakenteiden ja yksilöllisten toimintatapojen ymmärtäminen mahdollistuu. Aineisto koostuu viranomaishaastatteluista sosialismin kaudella toteutuneesta sekä nykyisestä perhesuunnittelusta ja nuorten haastatteluista Pietarissa ja Riiassa. Perehdyn myös lisääntymisterveyteen liittyviin sanomalehtiartikkeleihin sekä Latviassa että Venäjällä. Lisäksi havainnoin seksuaalineuvontatilanteita Pietarissa. Sekä sosialismin aikana että nykyään painottuvat väestönkasvun odotukset, joita tuetaan sukupuoli- ja moraalikasvatuksen avulla. Perhesuunnittelun esteiden analyysin tuloksissa on nähtävissä sosiaalisten olosuhteiden ja rakenteiden merkitys. Jälkisosialistisesta riskiyhteiskunnasta puuttuvat yhteiskuntaan integroitumisen mahdollistavat instituutiot. Tämä ilmenee yhteiskunnallisena vastuuttomuutena. Universaalit palvelut ovat suurelta osin peräisin sosialismin ajalta. Kaupalliset yritykset tekevät lähinnä teknisiä, yksittäisiä ehkäisyvälineisiin liittyviä interventioita nuorten elämään. Teini-ikäiset jätetään oman harkintansa varaan. Latviassa perhesuunnitteluun liittyvä ennalta ehkäisevä toiminta on huomioitu uudessa lisääntymisterveyslaissa, mutta sen heikko toteutus tuo sen lähelle neuvostoaikaista kulttuurikonventiota, jossa määrällisillä suoritteilla ja sekundaaripreventiolla on arvoa. Venäjällä voimavarat kohdentuvat jälkihuollon palveluihin. Foucaultin valta-analyysi kertoo strategiasta, jossa ihminen sisäistää vallankäytön osaksi omaa ajatteluaan ja toimintaansa. Tässä näkökulmassa yksilöllinen, yhteiskunnallinen ja historiallinen ulottuvuus limittyvät toisiinsa. Vallan muodot ovat yhteiskunnan rakenteissa. Väestöpolitiikan avulla tuotetaan tietoa ja muovataan hallitsemisen kohteita. Osa haastatelluista nuorista omaksui yhteiskunnan passiivisuuden osaksi omaa toimintaansa. He eivät tiedostaneet palvelujärjestelmän puutteita eivätkä kyseenalaistaneet sen oikeutusta. Myös lehtiartikkelit ja viranomaishaastattelut tukivat osittain seksuaalikasvatuksen sivuuttamista. Silloin hyväksyttävänä totuutena pidettiin väestöpolitiikkaa, jossa on annettu tilaa populistisille suuntauksille. Sekä Latviassa että Venäjällä ilmaistiin tavoitteita väestön kasvusta. Kansainvälisten seksuaalioikeuksien maihinnousu ei ole poistanut ääri uskonnollisten ja osittain kansalaisjärjestöjen puitteissa tapahtuvaa perhesuunnittelun vastustusta. Näissä suuntauksissa vaikutetaan ihmisten moraaliin ja vastustetaan yhteiskunnan interventioita kieltämällä seksuaalikasvatus. Sosialismin aikana sosiaali- ja terveydenhuoltoa toteutettiin totalitaristisessa, suljetussa yhteiskunnassa tiukasti rajatuilla voimavaroilla. Tuolta ajalta peräisin oleva viranomaisten yleinen medikalisoitunut ja tekninen lähestymistapa estää osittain nuoren valtaistumista. Vieläkin heikko tiedottaminen ja puutteellinen koulutus vaikuttavat ammattilaisten keskuudessa. Yksi haitallisista perhesuunnitteluun kuuluvista uskomuksista oli hormonaalisen ehkäisyn aiheuttamat ongelmat. Lisäksi pelättiin heikkotasoisesti tehtyjen aborttien aiheuttavan hedelmättömyyttä. Uskomukset ovat eläneet vieläkin, kun osa asiantuntijoista kannusti ensimmäisen raskauden päättymistä synnytykseen. Näillä käsityksillä on ollut taipumus siirtyä sukupolvelta toiselle myös kansalaisten keskuudessa. Sukuyhteisöjen ja verkostojen oleellinen merkitys teini-ikäisen arjessa ja selviytymisessä painotti perinteistä sosialisaatiota. Uskomusten lisäksi nuorten heikko taloudellinen tilanne on ohjannut heitä ehkäisyssä luonnonmenetelmien käyttöön. Neuvostoaikainen seksuaalikielteisyyden perinne on vaikuttanut myös sukupolvien kyvyttömyyteen keskustella aiheesta. Yleisen ennaltaehkäisevän neuvonnan puuttuminen on suunnannut suurta osaa nuoria mallioppimiseen, jossa esimerkit ovat nousseet satunnaisista löydöistä. Toisaalta työntekijöiden neuvokkuus ja aloitteellisuus erilaisissa ohjaamistilanteissa, toimintatavoissa ja instituutioiden perustamisissa kuvaavat eettistä vastuunottoa ja paneutumista nuorten perhesuunnittelun toteutumiseen sekä sen mahdollisuuksiin. Perhesuunnitteluun liittyvän tiedonsaannin parantamiseksi viranomaiset ovat aloittaneet nuorten vertaisryhmiä. Lisäksi yhtenä uutena virallisena lähestymistapana oli neuvostoaikana kielletty psykoterapeuttisen suuntauksen avoin käyttöönotto. Myös nuorille suunnattuja palveluja niin lainsäädännön kuin instituutioiden tasolla on saatu aikaan. Nämä myönteiset tapaukset jäivät kuitenkin yksittäisiksi, osittain joidenkin työntekijöiden omakohtaisen sitoutumisen varaan toimiviksi. Tutkimuksessa nousee esiin yhteiskunnan vastuu erityisesti haavoittuvien ryhmien kohdalla. Nuoret ovat tiedoiltaan ja kokemuksiltaan heikossa asemassa. Sosiaalipoliittisesta näkökulmasta julkisilla ja ennaltaehkäisevillä palveluilla on keskeinen merkitys etenkin niiden kohdalla, jotka tarvitsevat runsaasti palveluja. Usein tähän ryhmään kuuluvat ovat passiivisia tiedon hakijoita. Tutkimus tuo esille perhesuunnittelun palvelujärjestelmään ja sen kohderyhmään kuuluvan moniulotteisuuden, jossa toisiinsa nivoutuvat kulttuuriset myytit, uskomukset, tabut, toimintatavat ja tietämys. Näiden polkujen avaaminen tässä tutkimuksessa edistää perhesuunnittelun esteiden tunnistamista ja niihin soveltuvien ratkaisukeinojen löytymistä.

Identification and characterization of new genes and pathways regulating spermatogonial cell fate

Spermatogenesis, i.e sperm production in the seminiferous tubules of the testis, is a complex process that takes over one month to complete. Life-long ability of sperm production ultimately lies in a small population of undifferentiated cells, called spermatogonial stem cells (SSCs). These cells give rise to differentiating spermatogonia, which are committed to mature into spermatozoa. SSCs represent a heterogeneous population of cells and many aspects of their basic biology are still unknown. Understanding the mechanisms behind the cell fate decision of these cells is important to gain more insights into the causes of infertility and testis cancer. In addition, an interesting new aspect is the use of testis-derived stem cells in regenerative medicine. Our data demonstrated that adult mouse testis houses a population of Nanog-expressing spermatogonia. Based on mRNA and protein analysis these cells are enriched in stage XII of the mouse seminiferous epithelial cycle. The cells derived from this stage have the highest capacity to give rise to ES cell-like cells which express Oct4 and Nanog. These cells are under tight non- GDNF regulation but their fate can be dictated by activating p21 signalling. Comparative studies suggested that these cells are regulated like ES cells. Taken together these data imply that pluripotent cells are present in the adult mammalian testis. CIP2A (cancerous inhibitor of PP2A) has been associated with tumour aggressiveness and poor prognosis. In the testis it is expressed by the descendants of stem cells, i.e. the spermatogonial progenitor cells. Our data suggest that CIP2A acts upstream of PLZF and is needed for quantitatively normal spermatogenesis. Classification of CIP2A as a cancer/testis gene makes it an attractive target for cancer therapy. Study on the CIP2A deficient mouse model demonstrates that systemic inhibition of CIP2A does not severely interfere with growth and development or tissue or organ function, except for the spermatogenic output. These data demonstrate that CIP2A is required for quantitatively normal spermatogenesis. Hedgehog (Hh) signalling is involved in the development and maintenance of many different tissues and organs. According to our data, Hh signalling is active at many different levels during rat spermatogenesis: in spermatogonia, spermatocytes and late elongating spermatids. Localization of Suppressor of Fused (SuFu), the negative regulator of the pathway, specifically in early elongating spermatids suggests that Hh signalling needs to be shut down in these cells. Introduction of Hh signalling inhibitor resulted in an increase in germ cell apoptosis. Follicle-stimulating hormone (FSH) and inhibition of receptor tyrosine kinases resulted in down-regulation of Hh signalling. These data show that Hh signalling is under endocrine and paracrine control and it promotes germ cell survival.

Novel genes and regulatory systems in epididymal differentiation and sperm maturation of the mouse.

Mammalian spermatozoa gain their fertilizing ability during maturation in the epididymis. Proteins and lipids secreted into the epididymal lumen remodel the sperm membrane, thereby providing the structure necessary for progressive motility and oocyte interaction. In the current study, genetically modified mouse models were utilized to determine the role of novel genes and regulatory systems in the postnatal development and function of the epididymis. Ablation of the mouse β-defensin, Defb41, altered the flagellar movements of sperm and reduced the ability of sperm to bind to the oocyte in vitro. The Defb41-deficient iCre knock-in mouse model was furthermore utilized to generate Dicer1 conditional knock-out (cKO) mice. DICER1 is required for production of mature microRNAs in the regulation of gene expression by RNA interference. Dicer1 cKO gave rise to dedifferentiation of the epididymal epithelium and an altered expression of genes involved in lipid synthesis. As a consequence, the cholesterol:polyunsaturated fatty acid ratio of the Dicer1 cKO sperm membrane was increased, which resulted in membrane instability and infertility. In conclusion, the results of the Defb41 study further support the important role of β-defensin family members in sperm maturation. The regulatory role of Dicer1 was also shown to be required for epididymal development. In addition, the study is the first to show a clear connection between lipid homeostasis in the epididymis and sperm membrane integrity. Taken together, the results give important new evidence on the regulatory system guiding epididymal development and function

Family rivalry in the testis: Retinoblastoma protein and E2F transcription factors in testicular development and adult spermatogenesis

Disorders of male reproductive health are becoming increasingly prevalent globally. These defects, ranging from decreasing sperm counts to an increasing rate of infertility and testicular cancer, have a common origin in the early phases of testicular development, but the exact mechanisms that cause them remain unknown. Testicular development and adult spermatogenesis are complex processes in which different cell types undergo mitosis, meiosis, differentiation and apoptosis. The retinoblastoma protein family and its associated E2F transcription factors are key regulators of these cellular events. In the present study, the functions of these factors in postnatal testicular development and adult spermatogenesis were explored using different animal models. In addition, a new application of flow cytometry to study testicular cell dynamics was developed. An ablation of retinoblastoma protein in mouse Sertoli cells resulted in their cell cycle re-entry in adult testes, dedifferentiation and a severe spermatogenic defect. We showed that deregulated E2F3 contributed to these changes. Our results indicated that the E2F1 transcription factor is critical for the control of apoptosis in the developing postnatal testis. In the adult testis, E2F1 controls the maintenance of the spermatogonial stem cell pool, in addition to inhibiting apoptosis of spermatocytes. In summary, this study elucidated the complex interdependencies of the RB and E2F transcription factor families in the control of postnatal testicular development and adult spermatogenesis. Furthermore, this study provided a new methodology for the analysis of testicular cells.