Community-acquired pneumonia in adult patients with special reference to rapid methods for etiological diagnosis

Aikuispotilaan kotisyntyisen keuhkokuumeen etiologinen diagnostiikka mikrobiologisilla pikamenetelmillä Tausta. Keuhkokuume on vakava sairaus, johon sairastuu Suomessa vuosittain n. 60 000 aikuista. Huolimatta siitä, että taudin hoito on kehittynyt, siihen liittyy yhä merkittävä, 6-15%:n kuolleisuus. Alahengitystieinfektion aiheuttajamikrobien tunnistaminen on myös edelleen haasteellista. Tavoitteet. Tämän työn tavoitteena oli tutkia Turun yliopistollisessa keskussairaalassa hoidettujen aikuispotilaiden keuhkokuumeen etiologiaa sekä selvittää uusien mikrobiologisten pikamenetelmi¬en hyödyllisyyttä taudinaiheuttajan toteamisessa. Aineisto. Osatöiden I ja III aineisto koostui 384 Turun yliopistollisen keskussairaalaan infektio-osastolla hoidetusta keuhkokuumepotilaasta. Osatyössä I tutkittiin keuhkokuumeen aiheuttaja¬mikrobeja käyttämällä perinteisten menetelmien lisäksi antigeeniosoitukseen ja PCR-tekniikkaan perustuvia pikamenetelmiä. Osatyö II käsitti 231 potilaasta koostuvan alaryhmän, jossa tutkittiin potilaiden nielun limanäytteestä rinovirusten ja enterovirusten esiintyvyyttä. Osatyössä III potilailta tutkittiin plasman C-reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuus ensimmäisten viiden sairaalahoitopäi¬vän aikana. Laajoja tilastotieteellisiä analyysejä käyttämällä selvitettiin CRP:n käyttökelpoisuutta sairauden vaikeusasteen arvioinnissa ja komplikaatioiden kehittymisen ennustamisessa. Osatyössä IV 68 keuhkokuumepotilaan sairaalaan tulovaiheessa otetuista näytteistä määritettiin neutrofiilien pintareseptorien ekspressio. Osatyössä V analysoitiin sisätautien vuodeosastoilla vuosina 1996-2000 keuhkokuumepotilaille tehtyjen keuhkohuuhtelunäytteiden laboratoriotutkimustulokset. Tulokset. Keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi 209 potilaalta, aiheuttajamikrobeja löydettiin kaikkiaan 230. Näistä aiheuttajista 135 (58.7%) löydettiin antigeenin osoituksella tai PCR-menetelmillä. Suu¬rin osa, 95 (70.4%), todettiin pelkästään kyseisillä pikamenetelmillä. Respiratorinen virus todettiin antigeeniosoituksella 11.1% keuhkokuumepotilaalla. Eniten respiratorisia viruksia löytyi vakavaa keuhkokuumetta sairastavilta potilailta (20.3%). 231 keuhkokuumepotilaan alaryhmässä todettiin PCR-menetelmällä picornavirus 19 (8.2%) potilaalla. Respiratorinen virus löytyi tässä potilasryh¬mässä kaiken kaikkiaan 47 (20%) potilaalta. Näistä 17:llä (36%) löytyi samanaikaisesti bakteerin aiheuttama infektio. CRP-tasot olivat sairaalaan tulovaiheessa merkitsevästi korkeammat vakavaa keuhkokuumetta (PSI-luokat III-V) sairastavilla potilailla kuin lievää keuhkokuumetta (PSI-luokat I-II) sairastavilla potilailla (p <0.001). Yli 100 mg/l oleva CRP-taso neljän päivän kuluttua sairaa¬laan tulosta ennusti keuhkokuumeen komplikaatiota tai huonoa hoitovastetta. Neutrofiilien komple¬menttireseptorin ekspressio oli pneumokokin aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla merkitse¬västi korkeampi kuin influenssan aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla. BAL-näytteistä vain yhdessä 71:stä (1.3%) todettiin diagnostinen bakteerikasvu kvantitatiivisessa viljelyssä. Uusilla menetelmilläkin keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi vain 9.8% BAL-näytteistä. Päätelmät. Uusilla antigeeniosoitus- ja PCR-menetelmillä keuhkokuumeen etiologia voidaan saada selvitettyä nopeasti. Lisäksi näitä menetelmiä käyttämällä taudin aiheuttajamikrobi löytyi huomattavasti suuremmalta osalta potilaista kuin pelkästään tavanomaisia menetelmiä käyttämällä. Pikamenetelmien hyödyllisyys vaihteli taudin vaikeusasteen mukaan. Respiratorinen virus löytyi huomattavan usein keuhkokuumetta sairastavilta potilailta, ja näiden potilaiden taudinkuva oli usein vaikea. Tulovaiheen korkeaa CRP-tasoa voidaan käyttää lisäkeinona arvioitaessa keuhkokuumeen vaikeutta. CRP on erityisen hyödyllinen arvioitaessa hoitovastetta ja riskiä komplikaatioiden ke¬hittymiseen. Neutrofiilien komplementtireseptorin ekspression tutkiminen näyttää lupaavalta pi¬kamenetelmältä erottamaan bakteerien ja virusten aiheuttamat taudit toisistaan. Antimikrobihoitoa saavilla potilailla BAL-tutkimuksen löydökset olivat vähäiset ja vaikuttivat hoitoon vain harvoin.

Quantitative Analysis of Novel Prostate Cancer Markers in Tissue

Prostate cancer is a heterogeneous disease affecting an increasing number of men all over the world, but particularly in the countries with the Western lifestyle. The best biomarker assay currently available for the diagnosis of the disease, the measurement of prostate specific antigen (PSA) levels from blood, lacks specificity, and even when combined with invasive tests such as digital rectal exam and prostate tissue biopsies, these methods can both miss cancers, and lead to overdiagnosis and subsequent overtreatment of cancers. Moreover, they cannot provide an accurate prognosis for the disease. Due to the high prevalence of indolent prostate cancers, the majority of men affected by prostate cancer would be able to live without any medical intervention. Their latent prostate tumors would not cause any clinical symptoms during their lifetime, but few are willing to take the risk, as currently there are no methods or biomarkers to reliably differentiate the indolent cancers from the aggressive, lethal cases that really are in need of immediate medical treatment. This doctoral work concentrated on validating 12 novel candidate genes for use as biomarkers for prostate cancer by measuring their mRNA expression levels in prostate tissue and peripheral blood of men with cancer as well as unaffected individuals. The panel of genes included the most prominent markers in the current literature: PCA3 and the fusion gene TMPRSS2-ERG, in addition to BMP-6, FGF-8b, MSMB, PSCA, SPINK1, and TRPM8; and the kallikrein-related peptidase genes 2, 3, 4, and 15. Truly quantitative reverse-transcription PCR assays were developed for each of the genes for the purpose, time-resolved fluorometry was applied in the real-time detection of the amplification products, and the gene expression data were normalized by using artificial internal RNA standards. Cancer-related, statistically significant differences in gene transcript levels were found for TMPRSS2-ERG, PCA3, and in a more modest scale, for KLK15, PSCA, and SPINK1. PCA3 RNA was found in the blood of men with metastatic prostate cancer, but not in localized cases of cancer, suggesting limitations for using this method for early cancer detection in blood. TMPRSS2-ERG mRNA transcripts were found more frequently in cancerous than in benign prostate tissues, but they were present also in 51% of the histologically benign prostate tissues of men with prostate cancer, while being absent in specimens from men without any signs of prostate cancer. PCA3 was shown to be 5.8 times overexpressed in cancerous tissue, but similarly to the fusion gene mRNA, its levels were upregulated also in the histologically benign regions of the tissue if the corresponding prostate was harboring carcinoma. These results indicate a possibility to utilize these molecular assays to assist in prostate cancer risk evaluation especially in men with initially histologically negative biopsies.

Functional Study of Oncogenic Transcription Factor ERG and its Signaling in Prostate Cancer

TMPRSS2–ERG is the most frequent type of genomic rearrangement present in prostate tumors, in which the 5- prime region of the TMPRSS2 gene is fused to the ERG oncogene. TMPRSS2, containing androgen response elements (AREs), is regulated by androgens in the prostate. The truncated TMPRSS2-ERG fusion transcript is overexpressed in half of the prostate cancer patients. The formation of TMPRSS2-ERG transcript is an early event in prostate carcinogenesis and previous in vivo and in vitro studies have shown ectopic ERG expression to be associated with increased cell invasion. However, the molecular function of ERG and its role in cell signaling is poorly understood. In this study, genomic rearrangement of ERG with TMPRSS2 was studied by using comparative genomic hybridization (CGH) in prostate cancer samples. The biological processes associated with the ERG oncogene expression in prostate epithelial cells were studied, and the results were compared with findings observed in clinical prostate tumor samples. The gene expression data indicated that increased WNT signaling and loss of cell adhesion were a characteristic of TMPRSS2- ERG fusion positive prostate tumor samples. Up- regulation of WNT pathway genes were present in ERG positive prostate tumors, with frizzled receptor 4 (FZD4) presenting with the highest association with ERG overexpression, as verified by quantitative reverse transcription-PCR, immunostaining, and immunoblotting in TMPRSS2-ERG positive VCaP prostate cancer cells. Furthermore, ERG and FZD4 silencing increased cell adhesion by inducing active β1-integrin and E-cadherin expression in VCaP cells. Furthermore, we found a novel inhibitor, 4-(chloromethyl) benzoyl chloride which inhibited the WNT signaling and induced similar phenotypic effects as observed after ERG or FZD4 down regulation in VCaP cells. In conclusion, this work deepens our understanding on the complex oncogenic mechanisms of ERG in prostate cancer that may help in developing drugs against TMPRSS2-ERG positive tumors.

Molecular markers for progression of squamous cell carcinoma of the skin

Incidence of nonmelanoma skin cancer (NMSC) is increasing. Ultraviolet (UV) –light is a major risk factor for the development of cutaneous SCC. Cutaneous SCCs that develop to chronic ulcers are known to progress and metastasize more easily than UV-induced SCCs. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a group of proteolytic enzymes which are suggested to have a role in cancer growth and invasion. The molecular background for progression of cutaneous SCC was examined by immunohistochemistry (IHC) using tissue samples of recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) –associated SCC, sporadic UV-induced SCC, and SCC precursors. IHC studies using tissue microarray (TMA) technique revealed overexpression of MMP-7 and MMP-13 in SCC tumor cells. MMP-7 expression was enhanced especially in the SCC tumor cells of the RDEB –associated SCCs. Studies with SCC cell lines showed that tumor cell derived MMP-7 activated heparin binding epidermal growth factor –like growth factor (HB-EGF) which enhanced the growth of SCC tumor cells. Further, it was shown that type VII collagen (COL7) is expressed in sporadic SCC tumor cells. Interestingly, it was shown that SCC –associated MMP-13 is capable of cleaving COL7 in vitro. COL7 cleavage may have a role in the progression of cutaneous SCC. Studies on serine proteinase inhibitor gene family using SCC tumor cell gene array, quantitative real-time PCR, SCC cell lines, normal human epidermal keratinocytes and IHC of TMA samples showed that serine proteinase inhibitor clade A, member 1 (serpinA1, alpha-1-antitrypsin) is expressed and produced by human SCC tumor cells but not by normal keratinocytes. Moreover, serpinA1 expression was shown to correlate with the progression of cutaneous SCC using transformed HaCaT-cell lines and mouse chemically induced skin SCC model. SerpinA1 may serve as a novel biomarker for the progression of cutaneous SCC. This study elucidated putative mechanisms of the progression of cutaneous SCC and revealed novel biomarker candidates for the progression of SCC of the skin.

Pikornavirusten käyttö geenivektoreina ja syöpäterapiassa sekä Coxsackievirus A7 -isolaattien sekvenssianalyysi

Kirjallisessa osassa tarkasteltiin pikornavirusten käyttöä geenivektoreina ja syöpäterapiassa. Pikornavirukset ovat positiivissäikeisiä RNA-viruksia, ja niiden genomi koostuu rakenteellisista kuoriproteiineista VP1-VP4 sekä ei-rakenteellisista proteiineista 2A-2C ja 3A-3D. Geenivektoritutkimukset ovat keskittyneet erilaisten inserttien kloonaamiseen virusten VP1-VP4-alueelle ja genomin 5'-päähän sekä näiden muutosten vaikutusten seuraamiseen virusten elinkierrossa solu- ja hiirimalleissa. Geenivektoreina on parhaiten toimineet coxsackievirukset B3, B4 ja A9 sekä mengo- ja poliovirus. Niitä on käytetty hiirissä mm. neuronien motorisen BDNF-reseptorin ilmentämiseen sekä hiiren interleukiini-10:n tuottamiseen selkäydinkanavan vaurioiden korjaamiseksi. Syöpäterapiatutkimuksissa on saatu lupaavia tuloksia coxsackieviruksilla A21, A13, A15 ja A18 sekä echo-, Seneca Valley 001- ja EMCV-viruksilla. Viruksilla on saatu mm. rintasyövän pääkasvain ja metastasoituneet etäpesäkkeet häviämään sekä eturauhassyövän kasvaimia pienenemään. Seneca Valley 001 -virus on osoittautunut tehokkaaksi syöpiä vastaan, joilla on neuroendokriinisiä ominaisuuksia. Viruksen käyttämistä faasi 2:n kliinisiin kokeisiin ollaan parhaillaan suunnittelemassa pienisoluisen keuhkosyövän ja lasten neuroendokriinisen syövän kohdalla. Kokeellisessa osassa optimoitiin RT-PCR-menetelmä coxsackievirus A7:n (CV-A7) genomin tuottamiseksi PCR-reaktiolla (FL-PCR). FL-PCR:n optimointi tehtiin vektoreilla, joihin oli kloonattu CV-A7-USSR- (USSR-pcDNA3) ja CV-A7-Parkerisolaattien (Parker-TA) genomit. Menetelmää käytettiin myöhemmin muiden CV-A7- virusisolaattien (275/58, ET1080 ja SVK) tutkimiseen. Näistä isolaateista eristettiin virus-RNA, joka käännettiin cDNA:ksi RT-entsyymillä. PCR:ssä käytetyt, CV-A7- spesifiset koettimet oli suunniteltu aiemmin sekvensoidun CV-A7-sekvenssin (GenBank AY421765) pohjalta. Infektiivisen kloonin tuottamiseksi USSR-pcDNA3- ja Parker-TA-vektoreista tuotettiin PCR:n avulla (T7-PCR) virusgenomin sisältävä DNAjakso, jonka 5'-päähän muodostui alukkeiden avulla T7RNA-polymeraasipromoottori ja 3'-päähän polyA-häntä. Työssä myös sekvensoitiin ja analysoitiin CV-A7-virusisolaatit Parker, USSR, 275/58, ET1080 ja SVK sekä kloonattiin täyspitkiä virusgenomeja cDNA-muodossa mutaatiokokeita varten. FL-PCR:n optimointi onnistui, ja neljä viidestä CV-A7-isolaatista sekvensoitiin. Virusgenomien pituus vaihteli 7403–7405 nt:n välillä. CV-A7-ET1080, -Parker ja - USSR osoittautuivat yli 99 % ja CV-A7-275/58 82,6 % nt samankaltaisiksi koko genomin pituudelta AY421765:en suhteen. Yksittäisten geenien ja proteiinien osalta CV-A7-275/58 oli 75,8–90,4 % nt ja 93,7–98,8 % aa samankaltainen muiden suhteen. Simplot-analyysissä 3B-geenialue oli heterogeenisin. CV-A7-SVK-isolaatti osoittautui echovirus kolmeksi. Infektiivistä kloonia ei saatu tuotettua T7-PCR-tuotteista.

Novel Functions of ErbB4 and NRG-1 in Development and Cancer

Cells communicate, or signal, with each other constantly to ensure proper functioning of tissues and organs. Cell signaling is often performed by interplay of receptors and ligands that bind these receptors. ErbB receptors (epidermal growth factor receptors, EGFR, HER) bind extracellular growth factors and transduce these signals inside of cells. ErbB dysfunction promotes carcinogenesis, and also results in numerous defects during normal development. This study focused on the functions of one member of the ErbB receptor family, ErbB4, and growth factor, neuregulin-1 (NRG-1), that can bind and activate ErbB4. This study aimed to find novel functions of ErbB4 and NRG-1. Hypoxia, or deficiency of oxygen, is common in cancer and ischemic conditions. One of the key findings of the work was the identification and characterization of a cross-talk between ErbB4 and Hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α), the central mediator of hypoxia signaling. ErbB4 activation by NRG-1 was found to increase HIF-1α activity. Interestingly, this regulation occurred in reciprocal manner as HIF-1α was also able to increase protein levels of NRG-1 and ErbB4. Moreover, expression of NRG-1 and ErbB4 was associated with HIF activity in vivo in human clinical samples and in mice. Reduction of functional ErbB4 in developing zebrafish embryos resulted in defects in development of the skeletal muscles. To study ErbB4 functions in pathological situation in humans, clinical samples of serous ovarian carcinoma were analyzed using tissue microarrays and real-time RT-PCR. A specific isoform of ErbB4, CYT-1, was associated with poor survival in serous ovarian cancer and increased anchorage independent growth of ovarian cancer cells in vitro. These observations demonstrate that ErbB4 and NRG-1 are essential regulators of cellular response to hypoxia, of development, and of ovarian carcinogenesis.