Sensitivity of temperate grassland species to elevated atmospheric CO2 and the interaction with temperature and water stress

Selostus: Kohonneen hiilidioksidipitoisuuden, lämpötilan ja kuivuuden vaikutus nurmikasveihin

Chemical Biology Screen for Prostate Cancer Therapeutics

Prostate cancer initially responds to hormone-based therapeutics such as anti-androgen treatment or chemotherapeutics but eventually becomes resistant. Novel treatment options are therefore urgently needed. This thesis study applied a high-throughput screen of 4910 known drugs and drug-like small molecules to identify compounds that selectively inhibit growth of prostate cancer cells. In addition, the mechanisms underlying the cellular sensitivity to potent cancer selective compounds were addressed. Surprisingly, many of the compounds currently used in the clinics or studied in clinical trials were not cancer-selective. Only four drugs, aldehyde dehydrogenase inhibitor disulfiram (Antabus), antibiotic ionophore monensin, histone deacetylase inhibitor tricostatin A and fungicide thiram inhibited prostate cancer cell growth at nanomolar concentrations without major effects on non-malignant prostate epithelial cells. Disulfiram, monensin and a structurally similar compound to monensin, salinomycin, induced oxidative stress and inhibited aldehyde dehydrogenase activity. Moreover, monensin and salinomycin reduced androgen receptor signalling and steroidogenesis, enforced cell differentiation and reduced the overall levels of cancer stem cells. Taken together, novel and potentially prostate cancer-selective therapeutic agents were identified in this study, including the description of a multitude of intoxicating mechanisms such as those relating to oxidative stress. The results provide novel insights into prostate cancer biology and exemplify useful means of considering novel approaches to cancer treatment.

Ankle-brachial index, high-sensitivity C-reactive protein and endothelial function in a cardiovascular risk population

Atherosclerotic vascular disease is the leading cause of death in the Western world. Its main three manifestations are coronary heart disease, cerebrovascular disease, and peripheral arterial disease. Asymptomatic peripheral arterial disease is usually diagnosed using the ankle brachial index, and values ≤ 0.90 are used to determine the diagnosis. The classical risk factors of peripheral arterial disease, such as smoking and diabetes, are well known and early interventions are mandatory to improve the prognosis. What is not well known is the role of inflammation as a risk factor. Yet, a novel approach to cardiovascular diseases is the measurement of endothelial function. In this thesis, we studied the ankle-brachial index, C-reactive protein and endothelial function in a cardiovascular risk population. A total of 2856 subjects were invited to the study and 2085 (73%) responded. From these subjects, a cohort of 1756 risk persons was screened. We excluded the subjects with previously known cardiovascular disease or diabetes, because they were already under systematic follow-up. Out of the study subjects, 983 (56%) were women and 773 (44%) men. The ankle brachial index and high-sensitivity C-reactive protein were measured from 1047 subjects. Endothelial function was assessed by measuring reactive hyperemia pulse amplitude tonometry from 66 subjects with borderline peripheral arterial disease. In this study, smoking was a crucial risk factor for peripheral arterial disease. Subclinical peripheral arterial disease seems to be more common in hypertensive patients even without comorbidities. The measurement of the ankle brachial index is an efficient method to identify patients at an increased cardiovascular risk. High-sensitivity C-reactive protein did not correlate with the ankle brachial index or peripheral arterial disease. Instead, it correlated with measures of obesity. In a cardiovascular risk population with borderline peripheral arterial disease, nearly every fourth subject had endothelial dysfunction. This might point out a subgroup of individuals in need of more intensive treatment for their risk factors.

The Impact of Neonatal Antibiotic Exposure on Atopic Sensitisation by the Age of 12 Months

Varhaislapsuuden antibioottialtistuksen vaikutus atooppiseen herkistymiseen 12 kuukauden ikään mennessä Bakteerien vaikutus terveyteen on merkittävä: ne ovat toisaalta hengenvaarallisten infektioiden aiheuttajia, mutta samanaikaisesti niiden läsnäolo on välttämätöntä terveen immuunipuolustuksen kehittymiseksi. Ensimmäisen elinvuoden aikana suoliston bakteerikanta on altis ulkoisten tekijöiden vaikutuksille. Varhaislapsuuden antibioottihoidolla voi olla tuhoisat seuraukset eri bakteerilajien suhteille, ja sen tiedetään altistavan erilaisille immuunivälitteisille sairauksille, kuten atopialle. Ei ole kuitenkaan selvitetty, onko tämä vaikutus johtunut käynnissä olevan infektion aiheuttamista muutoksista kehittyvään immuunijärjestelmään vai onko siihen ollut syynä infektioon aloitettu antibioottihoito. Tässä tutkimuksessa selvitettiin eroja kahden, varhaista antibioottihoitoa saaneen ryhmän välillä ja päätetapahtumaksi katsottiin myöhemmin lapsuudessa ilmenevä atopiataipumus. Toinen ryhmä sai antibioottihoitoa kliinisesti todistettuun bakteeri-infektioon (varhaiseen sepsikseen). Toinen ryhmä taas sai antibioottihoidon pelkästään infektioepäilyyn eli ns. empiirisen hoidon, joka lopetettiin alle viiden vuorokauden kuluessa kun katsottiin, ettei oireiden taustalla ollutkaan bakteeri-infektiota. Mukana vertailussa oli lisäksi ryhmä, joka ei saanut lainkaan varhaista antibioottihoitoa. Antibioottihoidon pitkäaikaisvaikutusta arvioitiin ihon prick-testillä, joka kertoo atopiaan liittyvästä IgE-välitteisestä herkistymisestä. Varhaisella antibioottihoidolla tarkoitetaan tässä alle 72 tunnin sisällä syntymästä alkanutta hoitoa G-penisilliinin ja gentamysiinin yhdistelmällä. Tutkimuksen aineisto koostui 755 vastasyntyneen lapsen seurantadatasta, joka saatiin neljän käynnissä olevan allergian ehkäisytutkimuksen aineistosta. Tutkimuksen mukaanottokriteereinä pidettiin sitä, että saatavilla oli tiedot sekä mahdollisen antibioottialtistuksen kestosta että ihon prick-testituloksesta joko 6 tai 12 kuukauden iässä. Tulokset analysoitiin logistisella regressioanalyysillä huomioiden mahdolliset sekoittavat tekijät: äidin allergia, ennenaikaisuus, tutkimusprobiootti, imetyksen kesto, äidin raskauden aikainen tupakointi ja synnytystapa. Potilasryhmässä, joka sai antibioottihoitoa ilman samanaikaista infektiota, nähtiin tilastollisesti merkittävästi vähemmän positiivisia prick-testituloksia verrattuna lapsiin, jotka eivät altistuneet antibiooteille. Tulos on merkittävä, sillä se osoittaa, että varhaisella antibioottihoidolla on kauaskantoisia vaikutuksia kehittyvään immuunijärjestelmään.

Monooxygenase Diversity and Oxygen Activation within Polyketide Antibiotic Biosynthesis

Molecular oxygen (O2) is a key component in cellular respiration and aerobic life. Through the redox potential of O2, the amount of free energy available to organisms that utilize it is greatly increased. Yet, due to the nature of the O2 electron configuration, it is non-reactive to most organic molecules in the ground state. For O2 to react with most organic compounds it must be activated. By activating O2, oxygenases can catalyze reactions involving oxygen incorporation into organic compounds. The oxygen activation mechanisms employed by many oxygenases to have been studied, and they often include transition metals and selected organic compounds. Despite the diversity of mechanisms for O2 activation explored in this thesis, all of the monooxygenases studied in the experimental part activate O2 through a transient carbanion intermediate. One of these enzymes is the small cofactorless monooxygenase SnoaB. Cofactorless monooxygenases are unusual oxygenases that require neither transition metals nor cofactors to activate oxygen. Based on our biochemical characterization and the crystal structure of this enzyme, the mechanism most likely employed by SnoaB relies on a carbanion intermediate to activate oxygen, which is consistent with the proposed substrate-assisted mechanism for this family of enzymes. From the studies conducted on the two-component system AlnT and AlnH, both the functions of the NADH-dependent flavin reductase, AlnH, and the reduced flavin dependent monooxygenase, AlnT, were confirmed. The unusual regiochemistry proposed for AlnT was also confirmed on the basis of the structure of a reaction product. The mechanism of AlnT, as with other flavin-dependent monooxygenases, is likely to involve a caged radical pair consisting of a superoxide anion and a neutral flavin radical formed from an initial carbanion intermediate. In the studies concerning the engineering of the S-adenosyl-L-methionine (SAM) dependent 4-O-methylase DnrK and the homologous atypical 10-hydroxylase RdmB, our data suggest that an initial decarboxylation of the substrate is catalyzed by both of these enzymes, which results in the generation of a carbanion intermediate. This intermediate is not essential for the 4-O-methylation reaction, but it is important for the 10-hydroxylation reaction, since it enables substrate-assisted activation of molecular oxygen involving a single electron transfer to O2 from a carbanion intermediate. The only role for SAM in the hydroxylation reaction is likely to be stabilization of the carbanion through the positive charge of the cofactor. Based on the DnrK variant crystal structure and the characterizations of several DnrK variants, the insertion of a single amino acid in DnrK (S297) is sufficient for gaining a hydroxylation function, which is likely caused by carbanion stabilization through active site solvent restriction. Despite large differences in the three-dimensional structures of the oxygenases and the potential for multiple oxygen activation mechanisms, all the enzymes in my studies rely on carbanion intermediates to activate oxygen from either flavins or their substrates. This thesis provides interesting examples of divergent evolution and the prevalence of carbanion intermediates within polyketide biosynthesis. This mechanism appears to be recurrent in aromatic polyketide biosynthesis and may reflect the acidic nature of these compounds, propensity towards hydrogen bonding and their ability to delocalize π-electrons.

Epstein-Barr-viruksen antigeeniosoitustestin kehittäminen

Epstein-Barr-virus (EBV) aiheuttaa mononukleoosia eli pusutautia, joka ilmenee yleensä murrosiällä tai nuorella aikuisiällä. Mononukleoosissa on tyypilliset nielutulehduksen oireet, minkä takia sitä on vaikea erottaa muiden taudinaiheuttajien aiheuttamista nielutulehduksista. Erotusdiagnostiikan käyttö nielutulehduksessa on oleellista, koska vain Streptokokki-bakteerien aiheuttamat nielutulehdukset vaativat antibioottihoitoa. Akuutin EBV-infektion pikadiagnostiikka perustuu nykyisellään infektion seurauksena muodostuvien heterofiilisten vasta-aineiden mittaamiseen verestä. Niiden mittaamisessa on useita ongelmia, koska useilla lapsilla niitä ei muodostu lainkaan ja vanhemmillakin niitä muodostuu yleensä vasta viikon päästä mononukleoosin oireiden alkamisesta. Mittaamalla EBV:n antigeeneja saataisiin positiivinen testitulos vasta-ainetestiä nopeammin. EBV:lle ei ole kuitenkaan kehitetty antigeeniosoitustestiä todennäköisesti siksi, että EBV:n erittymisen terveiden viruksen kantajien limakalvoille uskotaan olevan ongelma antigeenitestauksessa. Diplomityön tavoitteena oli kehittää akuutin EBV-infektion pikadiagnostiikkaan soveltuva limakalvonäytteestä tehtävä immunometrinen antigeeniosoitustesti. Työssä kehitettiin uusia polyklonaalisia vasta-aineita sekä testattiin kaupallisia vasta-aineita. Vasta-aineiden toimintaa tutkittiin immunomäärityksissä kokonaista EBV:ta ja puhdistettuja proteiiniantigeeneja vastaan. Monoklonaalisten vasta-aineiden kehitys lopetettiin ennen varsinaista tuottoa, koska ensin kehitetyt polyklonaaliset vasta-aineet eivät tunnistaneet natiivia virusta vaan pelkästään immunisointeihin käytetyt rekombinanttiset kohdeproteiinit. Kaupallisista vasta-aineista yhdellä onnistuttiin kehittämään tiettävästi maailman ensimmäinen immunometrinen EBV-antigeeniosoitustesti, jossa saatiin tunnistus sekä natiivilla EBV:lla että puhdistetulla proteiiniantigeenilla. Testin herkkyys proteiiniantigeenilla oli hyvä (4 pM) ja puhdistetulla EBV-virusvalmisteellakin todennäköisesti riittävä (6,2×106 viruspartikkelia/ml) kliiniseen diagnostiikkaan. Testillä ei kuitenkaan saatu suppeasta mononukleoosipotilaiden nielunäyteaineistosta yhtään EBV-positiivista tulosta. Referenssiksi tilatut PCR-testit osoittivat näytteiden EBV-pitoisuuksien olevan liian alhaisia osoitettavaksi kehitetyllä EBV-antigeeniosoitustestillä. PCR-testauksessa mononukleoosipotilaiden nielunäytteistä osoitettujen alhaisten EBV-määrien perusteella spekuloitiin, että olisiko edustavin näytteenottopaikka akuutissa EBV-infektiossa sittenkin nielun sijaan nenänielu. Myös kirjallisuudesta löytyi tälle tukea. EBV-antigeeniosoitustestin osoitettiin toimivan hyvin standardinäyte-materiaalilla. Testikehitysprojektin jatkon kannalta oleellista on kuitenkin vielä selvittää laajemmalla kliinisellä näyteaineistolla, mistä EBV:n antigeeneja pitäisi osoittaa akuutissa EBV-infektiossa ja ovatko niiden pitoisuudet riittävän korkeita.