CHARACTERISATION OF ARABIDOPSIS THALIANA PERMEABLE CUTICLE MUTANTS SHOWING A STRONG RESISTANCE TO BOTRYTIS CINEREA

La cuticule des plantes, composée de cutine, un polyester lipidique complexe et de cires cuticulaires, couvre l'épiderme de la plupart des parties aériennes des plantes. Elle est constituée d'une barrière hydrophobique primaire qui minimise les pertes en eau et en soluté et protège l'organisme de différents stress environnementaux tels que les rayons UV, la dessiccation et l'infection par des pathogènes. Elle est aussi impliquée dans la délimitation des organes durant le développement. La cutine est un polyester qui, dans la plupart des espèces végétales, est principalement composé d'acides gras ω-hydroxylés composé de 16 à 18 carbones. Cependant, la cutine des feuilles d'Arabidopsis a une composition différente et est principalement constituée d'acides dicarboxyliques à 16-18 carbones. Les cires sont présentes dans le polyester de la cutine ou le recouvrent. Chez Arabidopsis, un nombre de mutants, tel que 1er, bdg, hth, att1, wbc11, et des plantes transgéniques avec différents changement dans la structure de la cuticule dans les feuilles et la tige, ont récemment été décrits et servent d'outils pour étudier la relation entre la structure et la fonction de la cuticule.7 mutants d'Arabidopsis ont été isolés par une méthode de coloration qui permet de détecter une augmentation dans la perméabilité cuticulaire. Ces mutants ont été appelés pec pour permeable cuticle.Pour la première partie de mon projet, j'ai principalement travaillé avec pec9/bre1 (permeable cuticle 9/botrytis resistance 1). PEC9/BRE1 a été identifié comme étant LACS2 (LONG CHAIN ACYL-CoA SYNTHETASE 2). Dans ce mutant, la cuticule n'est pas visible sous microscopie électronique et la quantité en acides gras omega- hydroxylés et en leurs dérivés est fortement réduite. Ces altérations conduisent à une plus grande perméabilité de la cuticule qui est mise en évidence par une plus grande sensibilité à la sécheresse et aux xénobiotiques et une coloration plus rapide par bleu de toluidine. Le mutant Iacs2 démontre aussi une grande capacité de résistance à l'infection du champignon nécrotrophique B. cinerea. Cette résistance est due à l'extrusion sur les feuilles d'un composé antifongique durant l'infection. Ce travail a été publié dans EMBO journal (Bessire et al., 2007, EMBO Journal).Mon second projet était principalement concentré sur pec1, un autre mutant isolé par le premier crible. La caractérisation de pec1 a révélé des phénotypes similaires à ceux de Iacs2, mais à chaque fois dans des proportions moindres : sensibilité accrue à la sécheresse et aux herbicides, plus grande perméabilité au bleu de toluidine et au calcofluor white, altération de la structure cuticulaire et résistance à B. cinerea à travers la même activité antifongique. PEC1 a été identifié comme étant AtPDR4. Ce gène code pour un transporteur ABC de la famille PDR ("Pleiotropic Drugs Resistance") qui sont des transporteurs ayants un large spectre de substrats. Le mutant se différencie de Iacs2, en cela que la composition en acides gras de la cuticule n'est pas autant altérée. C'est principalement le dihydroxypalmitate des fleurs dont la quantité est réduite. L'expression du gène marqué avec une GFP sous le contrôle du promoteur endogène a permis de localiser le transporteur au niveau de la membrane plasmique des cellules de l'épiderme, de manière polaire. En effet, la protéine est principalement dirigée vers l'extérieure de la plante, là où se trouve la cuticule, suggérant une implication d'AtPDR4 dans le transport de composants de la cuticule. Ce travail est actuellement soumis à Plant Cell.Une étude phylogénétique a aussi montré qu'AtPDR4 était très proche d'OsPDR6 du riz. Le mutant du riz a d'ailleurs montré des phénotypes de nanisme et de perméabilité similaire au mutant chez Arabidopsis.AbstractThe cuticle, consisting principally of cutin and cuticular waxes, is a hydrophobic layer of lipidic nature, which covers all aerial parts of plants and protects them from different abiotic and biotic stresses. Recently, the research in this area has given us a better understanding of the structure and the formation of the cuticle. The Arabidopsis mutants permeable cuticle 1 (peel) and botrytis resistance 1 (brel) were identified in two screens to identify permeable cuticles. The screens used the fluorescent dye calcofluor to measure permeability and also resistance to the fungal pathogen Botrytis. These mutants have highly permeable cuticle characteristics such as higher water loss, intake of chemicals through the cuticle, higher resistance to Botrytis cinerea infection, and organ fusion.BRE1 was cloned and found to be LACS2, a gene previously identified which is important in the formation and biosynthetic pathway of the cuticle. In brel, the amount of the major component of cutin in Arabidopsis leaves and stems, dicarboxylic acids, is five times lower than in the wild type. Moreover, the permeability of the cuticle allows the release of antifungal compounds at the leaf surface that inhibits the growth of two necrotrophic fungi: Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum.PEC1 was identified as AtPDR4, a gene that codes for a plasma membrane transporter of the Pleiotropic Drug Resistance family, a sub-family of the ABC- transporters. AtPDR4 is strongly expressed in the epidermis of expanding tissues. In the epidermis it is located in a polar manner on the external plasma membrane, facing the cuticle. Analysis of the monomer composition of the cutin reveals that in this mutant the amount of hydroxy-acids and dihydroxy-palmitate is 2-3 times lower in flowers, in which organ these cutin monomers are the major components. Thus AtPDR4 is thought to function as a putative cutin monomer transporter.

Étude des biais sur la dose parentérale d'un nouveau médicament lors d'un essai clinique avec profil cinétique.

Introduction et objectif: Lors d'essais cliniques, le pharmacien est responsable de la préparation et de la dispensation des médicaments à évaluer. Un article récent a toutefois montré que les aspects pharmaceutiques liés au contrôle de la dose administrée in fine étaient souvent mal contrôlés. Il peut exister une différence entre la dose nominale fournie par le certificat d'analyse du fabricant et la dose réellement administrée au sujet, biais qui se reporte en cascade sur l'estimation des paramètres pharmaco¬cinétiques (PK), comme la clairance ou le volume de distribution. Ce travail visait à évaluer les biais entachant la quantité de médicament réellement injectée (iv/sc) aux volontaires d'un essai clinique étudiant la PK et la relation dose-réponse d'un nouveau produit biotechnologique. Méthode: La dose de médicament administrée lors de l'essai clinique (D) a été calculée de la manière suivante: D = C ? V - pertes. La concentration du produit (C; titre nominal du fabricant) a été vérifiée par immuno-essai. Le volume de médicament injecté (V) a été déterminé pour chaque injection par pesée (n=72), en utilisant la masse de la seringue avant et après injection et la densité du produit. Enfin, une analyse in vitro a permis d'évaluer les pertes liées à l'adsorption du produit dans les lignes de perfusion et de choisir le dispositif adéquat in vivo. Résultats: La concentration du médicament s'est révélée proche du titre nominal (96 ± 7%), et a été utilisée comme référence. Le volume injecté était quant à lui entaché d'un biais systématique par rapport à la valeur théorique correspondant à 0.03 mL pour la dose minimale (i.e. 75% du volume à injecter à cette dose). Une analyse complémentaire a montré que cela s'expliquait par une réaspiration partielle de la solution médica-menteuse avant le retrait de la seringue après injection sc, due à l'élasticité du piston. En iv, le biais était par contre provoqué par une réaspiration du soluté de perfusion co-administré. Enfin, la mesure des quantités de médicament récupérées après injection dans le dispositif de perfusion a démontré des pertes minimales par adsorption. Discussion-conclusion: Cette étude confirme l'existence de biais inversement corrélés au volume et à la concentration du médicament administré, pouvant provoquer des erreurs importantes sur les paramètres PK. Ce problème est négligé ou insuffisamment considéré dans les protocoles de Phase I et nécessiterait une planification rigoureuse. Les procédures opératoires devraient attirer l'attention sur ce point crucial.

Composition and cross-sectional area of muscle fibre types in relation to daily gain and lean and fat content of carcass in Landrace and Yorkshire pigs

Selostus: Lihassolutyypin ja lihassolun poikkipinta-alan yhteys sian kasvuun ja ruhon koostumukseen maatiaisessa ja yorkshiressa

Negative impact of hypocaloric feeding and energy balance on clinical outcome in ICU patients

Résumé Introduction : Les patients nécessitant une prise en charge prolongée en milieu de soins intensifs et présentant une évolution compliquée, développent une réponse métabolique intense caractérisée généralement par un hypermétabolisme et un catabolisme protéique. La sévérité de leur atteinte pathologique expose ces patients à la malnutrition, due principalement à un apport nutritionnel insuffisant, et entraînant une balance énergétique déficitaire. Dans un nombre important d'unités de soins intensifs la nutrition des patients n'apparaît pas comme un objectif prioritaire de la prise en charge. En menant une étude prospective d'observation afin d'analyser la relation entre la balance énergétique et le pronostic clinique des patients avec séjours prolongés en soins intensifs, nous souhaitions changer cette attitude et démonter l'effet délétère de la malnutrition chez ce type de patient. Méthodes : Sur une période de 2 ans, tous les patients, dont le séjour en soins intensifs fut de 5 jours ou plus, ont été enrôlés. Les besoins en énergie pour chaque patient ont été déterminés soit par calorimétrie indirecte, soit au moyen d'une formule prenant en compte le poids du patient (30 kcal/kg/jour). Les patients ayant bénéficié d'une calorimétrie indirecte ont par ailleurs vérifié la justesse de la formule appliquée. L'âge, le sexe le poids préopératoire, la taille, et le « Body mass index » index de masse corporelle reconnu en milieu clinique ont été relevés. L'énergie délivrée l'était soit sous forme nutritionnelle (administration de nutrition entérale, parentérale ou mixte) soit sous forme non-nutritionnelle (perfusions : soluté glucosé, apport lipidique non nutritionnel). Les données de nutrition (cible théorique, cible prescrite, énergie nutritionnelle, énergie non-nutritionnelle, énergie totale, balance énergétique nutritionnelle, balance énergétique totale), et d'évolution clinique (nombre des jours de ventilation mécanique, nombre d'infections, utilisation des antibiotiques, durée du séjour, complications neurologiques, respiratoires gastro-intestinales, cardiovasculaires, rénales et hépatiques, scores de gravité pour patients en soins intensifs, valeurs hématologiques, sériques, microbiologiques) ont été analysées pour chacun des 669 jours de soins intensifs vécus par un total de 48 patients. Résultats : 48 patients de 57±16 ans dont le séjour a varié entre 5 et 49 jours (motif d'admission : polytraumatisés 10; chirurgie cardiaque 13; insuffisance respiratoire 7; pathologie gastro-intestinale 3; sepsis 3; transplantation 4; autre 8) ont été retenus. Si nous n'avons pu démontrer une relation entre la balance énergétique et plus particulièrement, le déficit énergétique, et la mortalité, il existe une relation hautement significative entre le déficit énergétique et la morbidité, à savoir les complications et les infections, qui prolongent naturellement la durée du séjour. De plus, bien que l'étude ne comporte aucune intervention et que nous ne puissions avancer qu'il existe une relation de cause à effet, l'analyse par régression multiple montre que le facteur pronostic le plus fiable est justement la balance énergétique, au détriment des scores habituellement utilisés en soins intensifs. L'évolution est indépendante tant de l'âge et du sexe, que du status nutritionnel préopératoire. L'étude ne prévoyait pas de récolter des données économiques : nous ne pouvons pas, dès lors, affirmer que l'augmentation des coûts engendrée par un séjour prolongé en unité de soins intensifs est induite par un déficit énergétique, même si le bon sens nous laisse penser qu'un séjour plus court engendre un coût moindre. Cette étude attire aussi l'attention sur l'origine du déficit énergétique : il se creuse au cours de la première semaine en soins intensifs, et pourrait donc être prévenu par une intervention nutritionnelle précoce, alors que les recommandations actuelles préconisent un apport énergétique, sous forme de nutrition artificielle, qu'à partir de 48 heures de séjour aux soins intensifs. Conclusions : L'étude montre que pour les patients de soins intensifs les plus graves, la balance énergétique devrait être considérée comme un objectif important de la prise en charge, nécessitant l'application d'un protocole de nutrition précoce. Enfin comme l'évolution à l'admission des patients est souvent imprévisible, et que le déficit s'installe dès la première semaine, il est légitime de s'interroger sur la nécessité d'appliquer ce protocole à tous les patients de soins intensifs et ceci dès leur admission. Summary Background and aims: Critically ill patients with complicated evolution are frequently hypermetabolic, catabolic, and at risk of underfeeding. The study aimed at assessing the relationship between energy balance and outcome in critically ill patients. Methods: Prospective observational study conducted in consecutive patients staying 5 days in the surgical ICU of a University hospital. Demographic data, time to feeding, route, energy delivery, and outcome were recorded. Energy balance was calculated as energy delivery minus target. Data in means+ SD, linear regressions between energy balance and outcome variables. Results: Forty eight patients aged 57±16 years were investigated; complete data are available in 669 days. Mechanical ventilation lasted 11±8 days, ICU stay 15+9 was days, and 30-days mortality was 38%. Time to feeding was 3.1 ±2.2 days. Enteral nutrition was the most frequent route with 433 days. Mean daily energy delivery was 1090±930 kcal. Combining enteral and parenteral nutrition achieved highest energy delivery. Cumulated energy balance was between -12,600+ 10,520 kcal, and correlated with complications (P<0.001), already after 1 week. Conclusion: Negative energy balances were correlated with increasing number of complications, particularly infections. Energy debt appears as a promising tool for nutritional follow-up, which should be further tested. Delaying initiation of nutritional support exposes the patients to energy deficits that cannot be compensated later on.

Étude des biais sur la dose parentérale d'un nouveau médicament lors d'un essai clinique avec profil cinétique

Introduction et objectif: Lors d'essais cliniques, le pharmacien est responsable de la préparation et de la dispensation des médicaments à évaluer. Un article récent a toutefois montré que les aspects pharmaceutiques liés au contrôle de la dose administrée in fine étaient souvent mal contrôlés. Il peut exister une différence entre la dose nominale fournie par le certificat d'analyse du fabricant et la dose réellement administrée au sujet, biais qui se reporte en cascade sur l'estimation des paramètres pharmacocinétiques (PK), comme la clairance ou le volume de distribution. Ce travail visait à évaluer les biais entachant la quantité de médicament réellement injectée (iv/sc) aux volontaires d'un essai clinique étudiant la PK et la relation dose-réponse d'un nouveau produit biotechnologique. Méthode: La dose de médicament administrée lors de l'essai clinique (D) a été calculée de la manière suivante: D = C * V - pertes. La concentration du produit (C; titre nominal du fabricant) a été vérifiée par immuno-essai. Le volume de médicament injecté (V) a été déterminé pour chaque injection par pesée (n=72), en utilisant la masse de la seringue avant et après injection et la densité du produit. Enfin, une analyse in vitro a permis d'évaluer les pertes liées à l'adsorption du produit dans les lignes de perfusion et de choisir le dispositif adéquat in vivo. Résultats: La concentration du médicament s'est révélée proche du titre nominal (96 ± 7%), et a été utilisée comme référence. Le volume injecté était quant à lui entaché d'un biais systématique par rapport à la valeur théorique correspondant à 0.03 mL pour la dose minimale (i.e. 75% du volume à injecter à cette dose). Une analyse complémentaire a montré que cela s'expliquait par une réaspiration partielle de la solution médica-menteuse avant le retrait de la seringue après injection sc, due à l'élasticité du piston. En iv, le biais était par contre provoqué par une réaspiration du soluté de perfusion co-administré. Enfin, la mesure des quantités de médicament récupérées après injection dans le dispositif de perfusion a démontré des pertes minimales par adsorption. Discussion-conclusion: Cette étude confirme l'existence de biais inversement corrélés au volume et à la concentration du médicament administré, pouvant provoquer des erreurs importantes sur les paramètres PK. Ce problème est négligé ou insuffisamment considéré dans les protocoles de Phase I et nécessiterait une planification rigoureuse. Les procédures opératoires devraient attirer l'attention sur ce point crucial.

Regulatory Mechanisms involved in Th2 Cell Differentiation. A Proteomics Approach.

Th2-solujen erilaistumista ohjaavat säätelyverkostot ja niiden tutkiminen proteomiikan avulla Astma ja allergiat ovat laajalle levinneitä ja vakavia sairauksia, joista kärsivät miljoonat ihmiset ympäri maailmaa. Koe-eläimillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että interleukiini-4 (IL-4) on tärkeä allergisen astman ja allergioiden kehittymiselle ja kroonistumiselle. Se ohjaa T-auttajasolujen (Th-solujen) kehittymistä Th2-tyypin soluiksi, joilla on merkittävä rooli näiden tautien puhkeamisessa. Th2-solut tuottavat myös itse IL-4:ä, joka edesauttaa taudin seuraavien vaiheiden kehittymistä. Erityisesti STAT6-proteiini, joka aktivoituu IL-4-stimulaation seurauksena, on tarpeen Th2- vasteen syntymiselle ja kroonistumiselle antigeenin aiheuttamassa keuhkoputkien astmaattisessa tulehduksessa. Väitöskirjatyöni tarkoituksena oli käyttää kaksidimensionaaliseen elektroforeesiin (2- DE) perustuvaa proteomiikkaa ja massaspektrometriaa uusien Th2-solujen erilaistumista säätelevien proteiinien tunnistamiseksi. Erilaistumattomat Th-solut eristettiin vastasyntyneen napaverestä tai hiiren pernasta. Solut aktivoitiin Tsolureseptorin ja ns. ko-stimulatoristen reseptorien kautta ja erilaistettiin joko Th1- tai Th2-suuntaan vastaavasti erilaistavien IL-12- ja IL-4-sytokiinien avulla. Ensimmäisessä tutkimuksessa in vitro -erilaistettujen Th1- ja Th2-solujen proteomeja verrattiin keskenään proteiinien ilmenemisessä tai proteiinimodifikaatioissa olevien erojen tunnistamiseksi. Kaksi muuta päätutkimusta keskittyivät IL-4:n aiheuttamaan proteiinitason säätelyyn ensimmäisen vuorokauden aikana T-soluaktivaation jälkeen. Näistä ensimmäisessä IL-4:n aiheuttamia eroja tunnistettiin aktivoiduista ihmisen Thsoluista. IL-4:n todettiin säätelevän useita proteiineja kaspaasien välittämissä signalointiteissä sekä lisäävän T-solujen elävyyttä ja aktivoitumista. Toisessa tutkimuksessa STAT6-poistogeenisten hiirien lymfosyyttien proteomia verrattiin villityypin kontrollisoluihin T-soluaktivaation ja IL-4-stimulaation jälkeen. Näissä tutkimuksissa karakterisoitiin useita uusia IL-4:n ja STAT6:n kohdeproteiineja ja löydettiin uusia säätelyverkostoja. Tutkimustulokset ovat johtaneet uusiin Th2-erilaistumismekanismeja koskeviin hypoteeseihin.

Quantitative proteomics in the characterization of T helper lymphocyte differentiation

The term proteome is used to define the complete set of proteins expressed in cells or tissues of an organism at a certain timepoint. Respectively, proteomics is used to describe the methods, which are used to study such proteomes. These methods include chromatographic and electrophoretic techniques for protein or peptide fractionation, mass spectrometry for their identification, and use of computational methods to assist the complicated data analysis. A primary aim in this Ph.D. thesis was to set-up, optimize, and develop proteomics methods for analysing proteins extracted from T-helper (Th) lymphocytes. First, high-throughput LC-MS/MS and ICAT labeling methods were set-up and optimized for analysing the microsomal fraction proteins extracted from Th lymphocytes. Later, iTRAQ method was optimized to study cytokine regulated protein expression in the nuclei of Th lymphocytes. High-throughput LC-MS/MS analyses, like ICAT and iTRAQ, produce large quantities of data and robust software and data analysis pipelines are needed. Therefore, different software programs used for analysing such data were evaluated. Moreover, a pre-filtering algorithm was developed to classify good-quality and bad-quality spectra prior to the database searches. Th-lymphocytes can differentiate into Th1 or Th2 cells based on surrounding antigens, co-stimulatory molecules, and cytokines. Both subsets have individual cytokine secretion profiles and specific functions. Th1 cells participate in the cellular immunity against intracellular pathogens, while Th2 cells have important role in the humoral immunity against extracellular parasites. An abnormal response of Th1 and Th2 cells and imbalance between the subsets are charasteristic of several diseases. Th1 specific reactions and cytokines have been detected in autoimmune diseases, while Th2 specific response and cytokine profile is common in allergy and asthma. In this Ph. D. thesis mass spectrometry-based proteomics was used to study the effects of Th1 and Th2 promoting cytokines IL-12 and IL-4 on the proteome of Th lymphocytes. Characterization of microsomal fraction proteome extracted from IL-12 treated lymphobasts and IL-4 stimulated cord blood CD4+ cells resulted in finding of cytokine regulated proteins. Galectin-1 and CD7 were down-regulated in IL-12 treated cells, while IL-4 stimulation decreased the expression of STAT1, MXA, GIMAP1, and GIMAP4. Interestingly, the transcription of both GIMAP genes was up-regulated in Th1 polarized cells and down-regulated in Th2 promoting conditions.

ELISPOT-menetelmän testaaminen primaaristen immuunivajavuustilojen diagnosointiin

Primaarisilla immuunivajavuustiloilla tarkoitetaan ryhmää sairauksia, jotka johtuvat immuunijärjestelmän solujen sisäisestä häiriöstä. Primaarisessa immuunivajavuustilassa kyseessä on synnynnäinen puutos immuunijärjestelmässä geneettisen häiriön pohjalta. ELISPOT (Enzyme linked immunospot) -menetelmässä T-lymfosyyttejä stimuloidaan spesifisillä antigeeneilla. Stimuloidut solut alkavat tuottaa sytokiinia ja yksittäisten sytokiinia tuottavien solujen määrä voidaan mitata. Tutkimukseni tarkoituksena oli primaaristen immuunivajavuustilojen diagnostiikkaan soveltuvan ELISPOT-menetelmän alustava pystyttäminen ja testaaminen. Tavoitteena oli tutkia, vaikuttaako solujen pakastaminen ELISPOTin antamiin tuloksiin ja voisiko ELISPOT-menetelmässä käyttää pakastettuja soluja alustavien viitearvojen määrittämiseen. Tutkittiin myös yhden ja kolmen vuorokauden inkubaatioajan vaikutusta solujen sytokiinintuotantoon sekä optimaalisia mitogeenikonsentraatioita. Tuoreiden ja pakastettujen näytteiden vertailu tehtiin kolmella henkilökunnan näytteellä. Henkilöistä kerättyjen ja eristettyjen tuoreiden mononukleaarisolujen antamia tuloksia verrattiin samoista henkilöistä aikaisemmin kerättyjen ja pakastettujen solujen antamiin tuloksiin. Viitearvojen alustava määrittäminen tehtiin pakastetuista potilasnäytteistä. Mitogeenikonsentraatioiden titraaminen ja inkubaatioaikojen vertailu tehtiin henkilökunnan tuoreista näytteistä. Tulokset osoittivat, että tuoreiden ja pakastettujen solujen sytokiinintuotanto eroaa toisistaan ja pakastettuja soluja ei voi käyttää viitearvojen määrittämiseen tässä menetelmässä. Inkubaatioaikavertailu osoitti, että yhden vuorokauden inkubaatioaika antoi riittävästi spotteja, mutta kolmen vuorokauden inkubaatioaika lisäsi solujen sytokiinintuotantoa niin paljon, että tuloksia oli vaikea tulkita. Mitogeenikonsentraatioita titraamalla saatiin selville Con A-mitogeenin optimaalinen ja suboptimaalinen pitoisuus ELISPOT-menetelmää varten. PWM:lla ja PHA:lla titrauksia tulee vielä jatkaa optimaalisen konsentraation selvittämiseksi. Näille mitogeeneille käytetty solumäärä 200 000 solua/kuoppa oli liian suuri ja spotteja tuli liikaa, jotta niitä olisi voitu lukea. Mitogeenien konsentraatioiden titraamista kannattaa tutkia lisää. Lisäksi tulevaisuudessa kannattaa alustavien viitearvojen määrittäminen tehdä tuoreista soluista. Solumääriä kannattaa tulevaisuudessa myös titrata, jotta ELISPOT-menetelmälle parhaiten soveltuva solumäärä löytyisi.

Photoelectric Measurements and Modeling of Bacteriorhodopsin

Recent technology has provided us with new information about the internal structures and properties of biomolecules. This has lead to the design of applications based on underlying biological processes. Applications proposed for biomolecules are, for example, the future computers and different types of sensors. One potential biomolecule to be incorporated in the applications is bacteriorhodopsin. Bacteriorhodopsin is a light-sensitive biomolecule, which works in a similar way as the light sensitive cells of the human eye. Bacteriorhodopsin reacts to light by undergoing a complicated series of chemical and thermal transitions. During these transitions, a proton translocation occurs inside the molecule. It is possible to measure the photovoltage caused by the proton translocations when a vast number of molecules is immobilized in a thin film. Also the changes in the light absorption of the film can be measured. This work aimed to develop the electronics needed for the voltage measurements of the bacteriorhodopsin-based optoelectronic sensors. The development of the electronics aimed to get more accurate information about the structure and functionality of these sensors. The sensors used in this work contain a thick film of bacteriorhodopsin immobilized in polyvinylalcohol. This film is placed between two transparent electrodes. The result of this work is an instrumentation amplifier which can be placed in a small space very close to the sensor. By using this amplifier, the original photovoltage can be measured in more detail. The response measured using this amplifier revealed two different components, which could not be distinguished earlier. Another result of this work is the model for the photoelectric response in dry polymer films.

The Structure and Function of αI Domains in Collagen Receptor and Leukocyte Integrins

Integrins are heterodimeric, signaling transmembrane adhesion receptors that connect the intracellular actin microfilaments to the extracellular matrix composed of collagens and other matrix molecules. Bidirectional signaling is mediated via drastic conformational changes in integrins. These changes also occur in the integrin αI domains, which are responsible for ligand binding by collagen receptor and leukocyte specific integrins. Like intact integrins, soluble αI domains exist in the closed, low affinity form and in the open, high affinity form, and so it is possible to use isolated αI domains to study the factors and mechanisms involved in integrin activation/deactivation. Integrins are found in all mammalian tissues and cells, where they play crucial roles in growth, migration, defense mechanisms and apoptosis. Integrins are involved in many human diseases, such as inflammatory, cardiovascular and metastatic diseases, and so plenty of effort has been invested into developing integrin specific drugs. Humans have 24 different integrins, four of which are collagen receptor (α1β1, α2β1, α10β1, α11β1) and five leukocyte specific integrins (αLβ2, αMβ2, αXβ2, αDβ2, αEβ7). These two integrin groups are quite unselective having both primary and secondary ligands. This work presents the first systematic studies performed on these integrin groups to find out how integrin activation affects ligand binding and selectivity. These kinds of studies are important not only for understanding the partially overlapping functions of integrins, but also for drug development. In general, our results indicated that selectivity in ligand recognition is greatly reduced upon integrin activation. Interestingly, in some cases the ligand binding properties of integrins have been shown to be cell type specific. The reason for this is not known, but our observations suggest that cell types with a higher integrin activation state have lower ligand selectivity, and vice versa. Furthermore, we solved the three-dimensional structure for the activated form of the collagen receptor α1I domain. This structure revealed a novel intermediate conformation not previously seen with any other integrin αI domain. This is the first 3D structure for an activated collagen receptor αI domain without ligand. Based on the differences between the open and closed conformation of the αI domain we set structural criteria for a search for effective collagen receptor drugs. By docking a large number of molecules into the closed conformation of the α2I domain we discovered two polyketides, which best fulfilled the set structural criteria, and by cell adhesion studies we showed them to be specific inhibitors of the collagen receptor integrins.

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.

Structural studies and in vivo characterisation of Oct4:PORE and Oct4/Sox2:UTF1 complexes

Monikykyiset kantasolut pystyvät erilaistumaan alkion kehityksen aikana miksi tahansa kehittyvän eläimen kudokseksi. Alkion kehitystä on tutkittu vuosikymmeniä ja ensimmäisen kerran kantasoluja viljeltiin 1980-luvulla. Noin vuosikymmen myöhemmin kloonattiin ensimmäinen nisäkäs, Dolly-lammas, mikä oli läpimurto perimän kloonauksessa. Vajaa kymmenen vuotta sitten japanilaiset tutkijat pystyivät ensimmäisen kerran tuottamaan indusoituja monikykyisiä kantasoluja. Nämä kantasolut tuotettiin ilmentämällä neljää geeniä, jotka uudelleenohjelmoivat erilaistuneet solut takaisin kantasoluiksi. Geenien ilmentymistä säätelevä ja DNA:han sitoutuvan proteiinin Oct4:n on todettu olevan tärkeä tekijä uudelleenohjelmissa. Oct4 kuuluu transkriptiotekijäperheeseen, joka säätelee geenien ilmentymistä kantasoluissa. Tässä työssä kiteytin Oct4-proteiinin sen kohde-DNA:n kanssa sekä tutkin sen sitoutumista ja atomitason rakennetta röntgensädekristallografian avulla. Tutkimuksessamme paljastui useita Oct4:n atomitason rakenteellisia ominaisuuksia, jotka selittävät sen säätelymekanismeja kantasoluissa.