Search

Ihmisen mitokondrio-DNA (mtDNA) on rengasmainen, n. 16 500 emäsparin mittainen 37:ää eri geeniä koodaava molekyyli. Kolmetoista näistä geeneistä muodostaa osia oksidatiivisen fosforylaation entsyymikomplekseihin, joiden avulla soluille tuotetaan kemiallista energiaa adenosiinitrifosfaatin muodossa. Suurin osa mitokondriossa vaikuttavista proteiineista on kuitenkin tuman DNA:n koodaamia. Jotta solujen toiminta sopeutuu asianmukaisesti alati muuttuviin olosuhteisiin, näiden kahden genomin välinen kahdensuuntainen vuorovaikutus saa aikaan muutoksia DNA:n metylaatiossa ja geenien ilmentymisessä. Myös mtDNA:n geneettisellä muuntelulla on osoitettu olevan oma vaikutuksensa näihin muutoksiin, mutta väestötasolla vaikutukset eivät kuitenkaan ole täysin tunnettuja. Mitokondrioiden keskeinen rooli elimistön aineenvaihdunnassa korostaa niiden mahdollista myötävaikutusta metabolisten häiriöiden kehittymisessä. MtDNA:n maternaalinen periytyminen on myös johtanut hypoteesiin, jonka mukaan mtDNA:n muuntelulla saattaa olla sukupuolen mukaan määräytyviä vaikutuksia. Tämän työn tavoitteena oli tarkastella mtDNA:n yhden emäksen polymorfismien (mtSNP) assosiaatioita kokoverestä mitattuun genomin laajuiseen geenien ilmentyiseen ja DNA:n metylaatioon. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako sukupuoli tai prediabetes, tyypin 2 diabeteksen esiaste, osaltaan näihin assosiaatioihin. Lisäksi tutkittiin mtDNA:n muuntelun yhteyttä verenpaineeseen. Osatyössä I käytettiin Lasten sepelvaltimotaudin riskitekijät (LASERI) -aineistosta (n = 955) mitattua transkriptiodataa sekä rinnakkaissekvensoinnin avulla määritettyjä mtDNA-variantteja. Osatyössä II mtSNP:iden ja DNA:n metylaatiotasojen välisiä assosiaatioita selvitettiin ensin LASERI-aineistossa (n = 926), minkä jälkeen löydöksiä pyrittiin toistamaan Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC) -kohortissa (n = 2317). Osatyössä III tutkittiin mtSNP:iden yhteyttä verenpaineeseen LASERI- (n = 1150) ja Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS) -aineistoissa (n = 3112) meta-analyysin keinoin. MtSNP:t määritettiin LURIC- ja FINCAVAS-aineistoissa DNA-mikrosiruja käyttämällä. Sukupuolen (I–III) ja prediabeteksen (I ja II) vaikutusta tutkittiin analysoimalla erikseen miehet ja naiset sekä prediabeetikot ja normoglykeemiset henkilöt ja vertailemalla assosiaatioiden efektikokoja ryhmien välillä. Osatyössä I havaitiin yhteensä 53 merkitsevää assosiaatiota mtSNP:iden ja transkriptien välillä, koostuen seitsemästä eri geenistä ja 31 variantista. Eräät assosiaatiot oli jo aiemmin havaittu muissa tutkimuksissa, ja tässä työssä ne kyettiin replikoimaan. Ehdollistamisanalyysin jälkeen kahdeksan löydöstä säilyi merkitsevänä. Lisäksi viiden geenin ekpressiotasoissa oli eroja haploryhmien välillä. Prediabetes vaikutti yhden mtSNP:n ja geenitranskriptin väliseen yhteyteen, mutta sukupuolella ei ollut merkitsevää vaikutusta. Osatyössä II LASERI-aineistossa havaittiin aluksi lukuisia assosiaatiosignaaleja mtDNA-variaation ja metylaation välillä, joista 19 mtSNP- ja neljä haploryhmäsignaalia replikoitui LURIC-aineistossa ja säilyi lisäksi meta-analyysissä merkitsevänä koko epigenomin tasolla. Kaksi tunnistetuista metylaatiokohdista oli yhteydessä geeniekspressioon LASERI-aineistossa. Samassa aineistossa havaittiin myös useita assosiaatioita, joihin sukupuolella tai prediabeteksellä oli merkitsevä vaikutus, mutta nämä tulokset eivät toistuneet LURIC-aineistossa. Osatyössä III ei havaittu viitteitä siitä, että mtDNA:n variaatiolla olisi merkitsevää yhteyttä verenpaineeseen tai että sukupuolikaan vaikuttaisi näihin assosiaatiosignaaleihin. Tässä työssä sekä osoitetaan uusia että replikoidaan jo aiemmissa tutkimuksissa julkaistuja mtDNA:n variaation ja geeniekspression välisiä assosiaatiosignaaleja, ja DNA:n metylaation ja mtDNA-variaation välisiä yhteyksiä tutkitaan ensimmäistä kertaa väestötason kohorteissa. Osa tunnistetuista geenitranskripteistä ja metylaatiokohdista voidaan yhdistää mitokondrioissa tapahtuviin prosesseihin, ja tulokset voivatkin edustaa tuman ja mitokondrioiden välistä, solutason homeostaasin ylläpitämiseksi tapahtuvaa signalointia. Assosiaatiosignaalit geeniekspression ja metylaation välillä eivät kuitenkaan vastanneet toisiaan. Tämä tarkoittaa, että mikäli mtDNA- variaation ja geeniekspression välillä on kausaalinen yhteys, säätelymekanismit eivät ole metylaatiovälitteisiä. Useat aiemmatkin tutkimukset ovat viitanneet siihen, ettei mtDNA:n variaatiolla näytä olevan merkittävää vaikutusta verenpaineeseen. Vakuuttavaa osoitusta sukupuolen tai prediabeteksen vaikutuksesta edellä mainittuihin assosiaatiosignaaleihin ei havaittu. Human mitochondrial DNA (mtDNA) is a ∼16.5 kb circular molecule encoding 37 genes, including 13 protein subunits of the oxidative phosphorylation complexes responsible for producing the majority of adenosine triphosphate that cells use for chemical energy. The vast majority of the mitochondria-destined proteins, however, are encoded by nuclear DNA, and in order to adapt to the ever-changing cellular milieu, these two genetic compartments maintain a bi-directional regulation, leading to alterations in DNA methylation (DNAm) and gene expression. Genetic variation in the mtDNA is also capable of affecting DNAm and gene expression, but the effects in natural populations are not completely known. As mitochondria lie at an interface between the bioenergetic processes of the human body, they are potent mediators of common metabolic disorders. The maternal inheritance of mtDNA has also created a hypothesis that mtDNA variation may have sex-specific effects on specific traits. The aims of this study were to examine the associations of mtDNA single-nucleotide polymorphisms (mtSNPs) with genome-wide peripheral blood transcriptome and DNA methylation profiles and to investigate whether these associations show sexual dimorphism or are affected by the onset of prediabetes, a condition preceding type 2 diabetes mellitus. The mitochondrial genetic determinants of blood pressure were also examined. In study I, genome-wide peripheral blood transcript data and mtSNPs obtained by next-generation sequencing from a population-based Young Finns Study (YFS) cohort (n = 955) were used. In study II, a discovery association study on nuclear DNAm was performed in the YFS population (n = 926), and replication was sought in the Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC) study (n = 2, 317). In study III, mitochondrial genetic associations with blood pressure were studied in the YFS (n = 1, 150) and in the Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS; n = 3, 112) by a meta-analysis. In the LURIC and FINCAVAS populations, mtSNPs were obtained with microarrays. The sexual dimorphism was examined by applying the analyses separately to males and females and testing for significant differences in the effect size (I–III). The prediabetes-specific effects were investigated similarly by performing the analyses separately to individuals with prediabetes and normoglycaemia (I–II). Study I identified 53 associations between mtSNPs and gene transcripts, corresponding to 7 genes and 31 variants. Some associations were also replications of previously reported results. Eight associations remained significant after conditional analysis. In addition, five genes showed differential expression between haplogroups. One association demonstrated prediabetes-specific effects, while no evidence for sex- specific effects on gene expression was observed. In study II, numerous methylation quantitative trait mtDNA loci were observed in the discovery phase. Of these, 19 variant-based and four haplogroup-based associations were replicated and reached epigenome-wide significance when the results were combined in a meta-analysis. Two differentially methylated sites associated with gene transcripts in the YFS. Discovery analysis also showed that several associations had sex- or prediabetes-specific effects, but none of them were replicated in the LURIC population. Study III did not identify any variants associated with blood pressure levels nor any evidence of sexual dimorphism. These results both reveal new and replicate previously reported genetic associations with peripheral blood transcriptomics. For the first time on a cohort level, mitochondrial genetic determinants of DNAm are presented. Some of the transcripts and CpG sites may be linked to the biological processes taking place in mitochondria, which suggests that the associations represent the mitochondrial–nuclear communication in order to maintain cellular homeostasis. The variant associations with transcriptomics and DNAm did not correspond to each other, which indicates that, if there is a causal relationship between mtDNA variation and peripheral blood transcriptomics, the regulatory mechanisms are not mediated by changes in DNAm. As suggested by several previous studies, mtDNA variation does not seem to have a significant role in the regulation of blood pressure. Finally, no convincing evidence was found of sex- and prediabetes-specific effects of mtDNA variation.

Kierrätyskuitujen dispergoinnissa painomuste, tahmot ja muut epäpuhtaudet pyritään pilkkomaan pienemmiksi sekä irrottamaan kuiduista, jotta ne voidaan poistaa kuitumassasta prosessin myöhemmässä vaiheessa. Diplomityön tarkoituksena on kehittää olemassa olevan korkeasakeusjauhimen laskentamallin pohjalta dispergointiprosessin simulointiohjelma, jolla pystytään ennustamaan eri terägeometrioiden ja ajoparametrien vaikutus prosessin tehonkulutukseen ja tuotteen laatuun. Malli on ensimmäinen julkaistu yritys simuloida dispergaattorin toimintaa. Työssä tehdään aluksi katsaus aiempiin, lähinnä kokeellisiin dispergointitutkimuksiin sekä puukuitususpension yleisiin ominaisuuksiin. Laskentamallissa virtaus-, paine- ja lämpötilakentät ratkaistaan käsittelemällä virtaus yksiulotteisena kaksifaasivirtauksena. Mallinnus on ajasta riippumatonta ja hyödyntää kirjallisuudessa esitettyjä valmiita tuloksia eri virtaustapauksille. Mallin tuottamat tulokset verifioidaan vertailemalla simuloitua kokonaistehonkulutusta todellisesta prosessista tehtyihin mittauksiin, ja tulokset vastaavat toisiaan kohtuullisella tarkkuudella. Laskentamallin ennustama energian jakautuminen eri mekanismien kesken selittää osaksi todellisessa prosessissa dispergoidusta massasta mitattuja freeness-pudotuksia sekä epäpuhtauksien kokojakaumia ja määriä, mutta tulokset ovat myös osittain ristiriidassa mittausten kanssa. Terägeometrian ja virtaustilanteen vaikutukset kuitujen muokkautumiseen ja epäpuhtauksien pilkkoutumiseen ovat osittain tuntemattomia, mikä estää selvästi erilaisilla terägeometrioilla simuloitujen tulosten luotettavan vertailun. Mallin kehittämiseksi terävälin kuitujen muokkautumisen tarkempia mekanismeja tulee tutkia numeerisen virtauslaskennan avulla. Toinen epävarmuustekijä on sakean kuitususpension materiaalimalli, jonka tarkempi selvittäminen on oleellista laskentamallin luotettavuuden parantamiseksi.