Regulation and Roles of Carbonic Anhydrases IX and XII

Hiilihappoanhydraasi-entsyymit osallistuvat pH-tasapainon säätelyyn solujen, kudosten ja koko elimistön tasolla. Nämä entsyymit katalysoivat reaktiota, jossa hiilidioksidi ja vesi muuttuvat bikarbonaatiksi ja vetyioniksi. Kyseinen reaktio voi tapahtua myös käänteisesti vastakkaiseen suuntaan. Nisäkkäillä on 13 hiilihappoanhydraasia, jotka muodostavat isoentsyymiperheen. Kaikki nämä isoentsyymit katalysoivat yllä mainittua reaktiota, mutta niillä on myös eroja. Ne esiintyvät eri osissa solua ja toisaalta eri kudoksissa. Kullakin isoentsyymillä on myös ominainen aktiivisuus. Hiilihappoanhydraaseilla on tärkeä rooli useissa biologisissa prosesseissa, kuten hiilidioksidin ja veden kuljetuksessa, elimistössä olevien nesteiden tuotannossa, luun hajotuksessa ja aineenvaihduntareaktioissa. Kahden isoentsyymin, IX:n ja XII:n, on havaittu esiintyvän syöpäkasvaimissa ja vaikuttavan syövän mekanismeihin. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia näiden kahden isoentsyymin säätelyä ja rooleja. Tutkimuksessa pyrittiin löytämään isoentsyymi IX:n ja XII:n säätelijöitä. Niiden säätelijät tunnetaan huonosti lukuun ottamatta hypoksiaa, eli vähentynyttä happipitoisuutta. Useat kasvutekijät nostivat isoentsyymi IX:n ja XII:n lähetti-RNA:n tasoja syöpäsolulinjoissa. Tämä vaikutus oli huomattavampi isoentsyymi XII:lla, joten näyttää siltä, että sen ilmentymisen tärkein säätelijä ei ole hypoksia, kuten isoentsyymi IX:n. Lisäksi selvitettiin isoentsyymi IX:n ja XII:n ilmentymistä proteiinitasolla hiiren sikiönkehityksen aikana. Kiinnostava löytö oli, että molempia isoentsyymejä ilmennettiin useissa kehittyvän hiiren kudoksissa ja osa näistä oli sellaisia, jotka eivät ilmennä kyseisiä proteiineja aikuisella hiirellä. Näin ollen on todennäköistä, että isoentsyymi IX:ää ja XII:ta tarvitaan tiettyjen kudosten muodostumiseen. Tutkimuksessa testattiin myös sitä, miten geenien ilmentyminen muuttuu hiirten mahalaukussa, kun isoentsyymi IX on poistettu. Mielenkiintoista oli, että tämän entsyymin puute muutti sellaisten geenien ilmentymistä, jotka ovat mukana kehitykseen liittyvissä prosesseissa, solujen erilaistumisessa ja immuunivasteissa. Tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että isoentsyymi IX vaikuttaa useisiin fysiologisiin toimintoihin. Toisaalta näiden tulosten, ja muiden tutkijoiden aikaisempien havaintojen mukaan isoentsyymi IX:n ensisijainen tehtävä mahalaukussa ei liity pH:n säätelyyn tai kyseinen entsyymi on korvattavissa tätä toimintoa ajatellen. Tutkimuksessa tehdyt analyysit osoittivat, että NCCRP1-geenin ilmentymisen taso oli noussut tilastollisesti merkitsevästi niiden hiirten mahalaukussa, joiden isoentsyymi IX-geeni oli poistettu. Koska NCCRP1-geeni on huonosti tunnettu, se valittiin jatkoanalyyseihin. Tutkimuksen kuluessa kävi ilmi, ettei isoentsyymi IX säätele suoraan NCCRP1-geeniä. Tutkimus osoitti myös, että NCCRP1 on mitä ilmeisimmin alun perin väärin nimetty. Se ei olekaan solukalvoon kiinnittynyt immuunivasteita välittävä proteiini, vaan ilmentyy sytosolissa eli solun sisällä. Bioinformatiikka-analyysit ehdottivat NCCRP1-proteiinin kuuluvan F-box-proteiinien lektiini-tyypin alaperheeseen (FBXO-perhe). Kyseiset proteiinit osallistuvat viallisten glykoproteiinien hajotukseen. Näin ollen NCCRP1:n nimi tulisi muuttaa FBXO50:ksi. Väitöskirjan tulokset auttavat ymmärtämään paremmin kahden syöpään liittyvän hiilihappoanhydraasi-isoentsyymin säätelyä ja merkitystä erilaisissa fysiologisissa tilanteissa. Lisäksi tutkimuksessa karakterisoitiin NCCRP1-geeni, joka tulisi nimetä uudelleen.The carbonic anhydrases (CAs) are a family of metalloenzymes that catalyze the reversible hydration of carbon dioxide to bicarbonate and a proton. The CAs are produced in a variety of tissues where they participate in several physiological processes, such as pH regulation, the production of body fluids, bone resorption, and metabolic processes. The CA family consists of 13 active isozymes in mammals: CA I, II, III, VII, and XIII are cytoplasmic; CA IV, IX, XII, XIV, and XV are anchored to plasma membranes; CA VA and VB are mitochondrial; and CA VI is the only secreted protein. This study had four specific aims. The first aim was to identify new regulators of CA IX and CA XII. This aim was proposed because, besides hypoxia, the regulation of these proteins is poorly characterized. The second goal was to examine the expression profiles of these isozymes during mouse embryonic development. The third aim was to investigate the whole-genome expression changes that occur in response to CA IX deficiency in the mouse stomach. These mice exhibit gastric hyperplasia, but the exact mechanisms leading to this disturbed cell lineage phenotype remain unknown. The fourth and final goal was to elucidate further the properties of some selected proteins that are dysregulated in the gastric mucosa of Car9?/? mice. Our studies demonstrate that the growth factors IGF-1, TGF-?, TGF-?1, and EGF increase CA9 and CA12 mRNA expression in cancer-derived cell lines as determined by quantitative real-time PCR (QRT-PCR). In the case of CA9, this effect was observed in only one cell line, whereas CA12 was elevated by growth factors in four cell lines. Thus, hypoxia may not be the primary regulator of CA12 in contrast to CA9. Immunohistochemistry was used to study CA IX and CA XII expression during mouse organogenesis. These isozymes were detected in several tissues of which a portion are negative for expression in adult mice. Therefore, it is possible that CA IX and CA XII have specific roles in the assembly of certain tissues. The changes caused by CA IX deficiency in the mouse stomach were explored using a cDNA microarray, which revealed the induction of 86 genes and the repression of 46 genes. Among the genes with altered regulation were those involved in developmental processes, cell differentiation and immune responses. These data and previous findings by others suggest that the primary role of CA IX in the stomach is not related to pH regulation or, alternatively, that its function in this tissue is compensated for by other CA isozymes. The microarray data indicated significant upregulation of non-specific cytotoxic cell receptor protein 1 (Nccrp1), a poorly characterized gene that was selected for further analyses. Silencing of CA9 in HeLa cells did not affect NCCRP1 levels, suggesting that NCCRP1 is not directly regulated by CA9 and that its upregulation is secondary to Car9 gene disruption. Moreover, it was demonstrated that human recombinant NCCRP1 is expressed intracellularly. Bioinformatic analyses revealed that NCCRP1 belongs to the lectin-type subfamily of F-box (FBXO) proteins, which are components of the E3 ubiquitin ligase complex. In conclusion, our data clearly demonstrate that NCCRP1 is not a transmembrane protein responsible for the cytolytic function of nonspecific cytotoxic cells as has been previously suggested. Therefore, the name of Nccrp1 should be changed to FBXO50

The prosody underlying spoken language proficiency : Cross-lingual investigation of non-native fluency and syllable prominence

Prosodic structures are one of the most challenging features for second or foreign language (L2) speakers to learn. Since prosody is also crucial for speech intelligibility and fluency, the ability to quantify language learners' proficiency in terms of prosody can be of use not only to language teaching but also to the developers of language testing and assessment methods or tools. This doctoral dissertation explores non-native prosody with new multidisciplinary methods and cross-lingual research data. The focus is on investigating the relations between the assessment of prosodic proficiency and fluency-related temporal features as well as syllable-level prominence realizations. This dissertation presents three original publications (Studies I-III). In these studies, the relations of the selected prosodic features to human assessments are investigated from Finland Swedish as an L2 (produced by Finnish speaking students) and from L2 English produced by Czech, Slovak, Hungarian, and Polish speakers. Objective temporal fluency features are measured based on previous research on L2 speech fluency. In addition, a state-of-the-art method based on continuous wavelet transform (CWT) is used for estimating syllable prominence. All analyzed speech data were assessed using the Common European Framework of Reference (CEFR) scale for prosodic proficiency. The results of Study I and III indicate that articulation rate and certain types of disfluencies in speech can reliably predict the perceived prosodic proficiency level regardless of the language context. However, results from Study I reveal that assessors seem to weigh temporal features differently depending on the speech type (read vs. spontaneous) as well as their individual foci. Study II provides promising results on the use of CWT-based prominence estimation in predicting L2 proficiency. Correlations of prominence estimates for L2 utterances with estimates for native speakers' corresponding productions were used as a predictive measure, and the the level of agreement conceptualized this way correlated significantly with the human assessments of prosodic proficiency. In Study III, manually annotated temporal fluency measures were compared to CWT-based prominence estimates as predictors of prosodic proficiency. Temporal measures served as more reliable predictors of prosodic proficiency, but prominence measures provided a significant improvement to the prediction of prosodic proficiency. The predictive power of the individual measures varied both quantitatively and qualitatively with respect to the speaker's first language (L1). In conclusion, this dissertation supports the earlier observations on the role of temporal fluency measures, especially articulation rate, in estimating L2 speaker's oral proficiency. The CWT method, in turn, revealed differences in the productions of L2 prominence with regard to speaker's L1 and thus provided complementary information for the prediction of prosodic proficiency. The acoustic features underlying L2 stress production should therefore be further studied with respect to speaker's L1. Furthermore, the speech type as well as speaker's L1 should be acknowledged in developing robust and reliable automatic spoken language learning and assessment tools.Tämä väitöskirja koostuu tutkimuksista, joissa selvitetään suullisen kielitaidon arvioinnin taustalla vaikuttavia puheen prosodisia piirteitä. Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että prosodia – puheen intonaatio, painotus ja rytmi – on kielenoppijoille yksi haastavimmista kielitaidon osa-alueista. Samalla prosodian hallinnan on todettu olevan hyvin olennaista puheen ymmärrettävyydelle ja sujuvuudelle. Prosodisten piirteiden tutkiminen kielenoppijoiden puheesta auttaa kehittämään paitsi suullisen kielitaidon opetusta myös automaattisia arviointimenetelmiä. Väitöskirja tuo uutta tietoa kielenoppijoiden prosodiasta monikielisen aineiston avulla sekä esittelee uuden, aallokemuunnoksiin pohjautuvan puheen analyysimenetelmän, jota ei ole aiemmin käytetty kielenoppijan puheen tutkimisessa. Kolmessa osatutkimuksessa kielenoppijoiden puheesta analysoidaan sujuvuuteen liitettyjä temporaalisia piirteitä, kuten artikulaationopeutta ja tauotusta. Lisäksi analysoidaan sana- ja lausepainojen toteutumista aallokemuunnoksiin pohjautuvalla työkalulla. Akustisten parametrien yhteyksiä ihmisten tekemiin arvioihin tutkitaan logististen regressiomallien avulla kahdesta erikielisestä aineistosta: suomenkielisten puhumasta ruotsista (Tutkimukset I ja II) sekä tsekin-, slovakian-, puolan- ja unkarinkielisten puhumasta englannista (Tutkimus III). Tutkimusten I ja III tulokset vahvistavat temporaalisten sujuvuuspiirteiden kieliriippumatonta merkitystä suullisen kielitaidon objektiivisessa mittaamisessa. Lisäksi Tutkimus I osoittaa, että eri piirteiden merkitys riippuu sekä arvioijien yksilöllisistä mieltymyksistä että siitä, onko arvioitava puhe luettua vai spontaania. Tutkimus II puolestaan osoittaa, että aallokemuunnosten avulla mitattujen sana- ja lausepainojen toteutumilla voidaan ennustaa kielenoppijoiden prosodista taitotasoa. Tutkimuksessa III vertailtiin temporaalisten sujuvuuspiirteiden ja aallokemuunnoksella mitattujen sana- ja lausepainojen voimaa prosodisen taitotason ennustajina erikielisillä englanninoppijoilla. Tulokset osoittavat, että temporaaliset sujuvuuspiirteet ovat mitattuja sana- ja lausepainoja luotettavampia ennustamaan ihmisten antamia arvioita, mutta sana- ja lausepainojen huomioiminen parantaa tilastollisen mallin selitysvoimaa. Lisäksi tulokset osoittavat, että oppijan äidinkieli todennäköisesti vaikuttaa siihen, mitä keinoja kielenoppija käyttää sana- ja lausepainojen tuottamiseen. Tutkimustulosten perusteella artikulaationopeus on tärkein yksittäinen piirre kielenoppijan prosodisen taitotason arvioinnissa, ja tätä piirrettä voidaan käyttää myös suullisen kielitaidon automaattisessa arvioinnissa puhetyypistä ja kielikontekstista riippumatta. Sen sijaan tauotuksessa näyttää olevan erilaiset standardit luetussa ja spontaanissa puheessa. Lisäksi äidinkielen vaikutusta vieraan kielen painotusten tuottamiseen tulee tutkia entistä kattavammin, jotta tätä piirrettä voidaan luotettavasti käyttää kehittämään suullisen kielitaidon automaattista arviointia

Clarifying the news speech : Acoustic differences on plain language news readers speech and listeners experiences on intelligibility

The main aim of this study was to examine the effects of different acoustic features on the perception of clear news speech. Additional goal was to increase knowledge on informational clear speech, more closely the Finnish plain language radio news speech. Plain language news is produced by the national Finnish broadcasting station for listeners with Finnish as a second language. Clear speech in news reading was not previously studied in Finnish and therefore the theoretical aspects were obtained from several studies on clear speech, intelligibility and prosody. Clear speech research has revealed many acoustic-phonetic changes made by speakers attempting to clarify their speech. Features like slower speech rate, wider F0 range, higher mean F0 and increased intensity are said to be characteristic to clear speech. In plain language news slower speech rate and appropriate phrasing are significant. The study consisted of two experiments: a listening experiment and acoustic analysis. The purpose of the listening experiment was to study how speech rate, clarity, pleasantness and intelligibility of different news readers were perceived by listeners with different linguistic background. Ratings of news speech from professional plain news readers were obtained from 15 non-native learners of Finnish and 15 native Finnish listeners. Factors that varied were speech rate (normal versus slow) and speaker (two males and two females). Acoustic analysis was made to study differences between news readers on speech rate, articulation rate, fundamental frequency, prosodic phrasing and voice quality. Measurements were made from news samples with two addressed speaking rates. The relations between the rating results of two subject groups and acoustic features were studied using ordinal logistic regression model. The intelligibility ratings of non-native listeners were affected by linguistic contents and therefore were not reliable for statistical testing. However, results showed that fundamental speech rates and articulation rates affected the perception of clarity. Voice quality had an effect on perceived pleasantness. Methods for measuring intelligibility should be studied further. Also the relations between acoustic features as well as perceived qualities of speech should be studied further. This study can be seen as preliminary study for upcoming research on Finnish clear news speech. The focus of this study was on fundamental acoustic features. In addition to suggested improvements, wider analysis on segmental level acoustics is recommended.Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, mitkä puheen akustiset ominaisuudet vaikuttavat siihen, että puhuja koetaan selkeäksi. Tavoitteena oli myös lisätä tietoa suomenkielisestä informatiivisesta selkopuheesta, ja tarkemmin selkouutispuheesta. Selkouutiset on Yleisradion uutispalvelu suomea vieraana kielenä puhuville. Suomenkielistä selkouutispuhetta ei ole aiemmin tutkittu, joten työn teoreettinen viitekehys on muodostettu useista selkopuheen, ymmärrettävyyden ja prosodian tutkimuksista. Aiemmissa tutkimuksissa selkopuheen ominaisuuksiksi on mainittu hitaampi puhenopeus, laajempi perustaajuusala, korkeampi keskimääräinen perustaajuus ja suurempi äänenvoimakkuus. Selkouutispuheessa merkittävimmät ominaisuudet ovat hidas puhenopeus ja tarkoituksenmukainen puheen jaksottelu. Tutkimus koostui kahdesta osasta: arviointikuuntelut ja akustinen analyysi. Kuuntelukokeen tarkoitus oli kartoittaa sekä toimittajien välisiä havaittuja eroja että kuuntelijan kielitaustan vaikutusta arviointeihin. 15 äidinkielistä ja 15 vieraskielistä suomen kielen oppijaa arvioi selkouutistoimittajien uutispuheesta puhenopeutta, selkeyttä, miellyttävyyttä ja ymmärrettävyyttä. Uutisnäytteiden muuttujina olivat lukunopeus (normaali/selkonopeus) ja puhuja (kaksi naista ja kaksi miestä). Toimittajien puheesta analysoitiin puhe- ja artikulaationopeuksia, perustaajuutta, epämodaalista puhetta ja prosodista jaksottelua. Mittaukset tehtiin kahdella eri ohjenopeudella luetuista uutisnäytteistä. Arviointitulosten ja akustisten ominaisuuksien riippuvuuksien tutkimiseen käytettiin järjestysasteikollisen aineiston analyysiin tarkoitettua logistista regressiomallia. Kielellinen konteksti vaikutti vieraskielisten kuulijoiden kokemukseen ymmärrettävyydestä, joten ymmärrettävyyden ja akustisten muuttujien välisen riippuvuuden tutkimista ei voida pitää luotettavana. Sen sijaan tulokset osoittivat, että puhe- ja artikulaationopeuksilla on merkitystä puheen selkeyden kokemiseen. Lisäksi äänenlaadulla on vaikutusta miellyttävyyteen. Ymmärrettävyyden mittausmenetelmiä tulee kehittää vastaavanlaisia tutkimuksia varten. Myös sekä akustisten muuttujien että puheen ominaisuuksien havaintojen keskinäisiä riippuvuuksia tulee tutkia tarkemmin. Tätä työtä voidaan pitää alustavana tutkimuksena tuleville suomenkielisen selkouutispuheen tutkimuksille. Painopiste oli laajemmalla aikavälillä ilmenevissä puheen ominaisuuksissa. Jo esitettyjen parannusehdotusten lisäksi on suositeltavaa analysoida laajemmin myös yksittäisiä puhesegmenttejä

Differences in acoustically determined sentence stress between native and L2 speakers of Finland Swedish

This study describes a pilot attempt to use acoustically determined sentence stress in distinguishing native and L2 speakers of Finland Swedish at different proficiency levels. The study is part of the DigiTala project that examines and develops automatic tools for spoken L2 assessment. Stressed syllables were detected in 235 L2 and 30 L1 speech samples using combinations of f0, intensity, and duration. Differences were found in the relative number of stressed syllables between native and L2 speakers using f0 and duration or all three features. Further research with more consistent speech data is needed to establish reliable automatic measures of sentence stress.nonPeerReviewe

Fluency-related Temporal Features and Syllable Prominence as Prosodic Proficiency Predictors for Learners of English with Different Language Backgrounds

Prosodic features are important in achieving intelligibility, comprehensibility, and fluency in a second or foreign language (L2). However, research on the assessment of prosody as part of oral proficiency remains scarce. Moreover, the acoustic analysis of L2 prosody has often focused on fluency-related temporal measures, neglecting language-dependent stress features that can be quantified in terms of syllable prominence. Introducing the evaluation of prominence-related measures can be of use in developing both teaching and assessment of L2 speaking skills. In this study we compare temporal measures and syllable prominence estimates as predictors of prosodic proficiency in non-native speakers of English with respect to the speaker's native language (L1). The predictive power of temporal and prominence measures was evaluated for utterance-sized samples produced by language learners from four different L1 backgrounds: Czech, Slovak, Polish, and Hungarian. Firstly, the speech samples were assessed using the revised Common European Framework of Reference scale for prosodic features. The assessed speech samples were then analyzed to derive articulation rate and three fluency measures. Syllable-level prominence was estimated by a continuous wavelet transform analysis using combinations of F0, energy, and syllable duration. The results show that the temporal measures serve as reliable predictors of prosodic proficiency in the L2, with prominence measures providing a small but significant improvement to prosodic proficiency predictions. The predictive power of the individual measures varies both quantitatively and qualitatively depending on the L1 of the speaker. We conclude that the possible effects of the speaker's L1 on the production of L2 prosody in terms of temporal features as well as syllable prominence deserve more attention in applied research and developing teaching and assessment methods for spoken L2.Peer reviewe

Creaky voice and utterance fluency measures in predicting fluency and oral proficiency of spontaneous L2 Finnish

While utterance fluency measures are often studied in relation to perceived L2 fluency and proficiency, the effect of creaky voice remains ignored. However, creaky voice is frequent in a number of languages, including Finnish, where it serves as a cue for phrase-boundaries and turn-taking. In this study we investigate the roles of creaky voice and utterance fluency measures in predicting fluency and proficiency ratings of spontaneous L2 Finnish (F2) speech. In so doing, 16 expert raters participated in assessing narrative spontaneous speech samples from 160 learners of Finnish. The effect of creaky voice and utterance fluency measures on proficiency and fluency ratings was studied using linear regression models. The results indicate that creaky voice can contribute to both oral proficiency and fluency alongside utterance fluency measures. Furthermore, average duration of composite breaks – a measure combining breakdown and repair phenomena – proved to be the most significant predictor of fluency. Based on these findings we recommend further investigation of the effect of creaky voice to the assessment of L2 speech as well as reconsideration of the utterance fluency measures used in predicting L2 fluency or proficiencyPeer reviewe

Prosodic features of Finnish compound words

Peer reviewe

Characterizing second language fluency with global wavelet spectrum

Peer reviewe

Global transcriptional response to carbonic anhydrase IX deficiency in the mouse stomach

Background Carbonic anhydrases (CAs) are a family of enzymes that regulate pH homeostasis in various tissues. CA IX is an exceptional member of this family because in addition to the basic CA function, it has been implicated in several other physiological and pathological processes. Functions suggested for CA IX include roles in cell adhesion and malignant cell invasion. In addition, CA IX likely regulates cell proliferation and differentiation, which was demonstrated in Car9-/- mice. These mice had gastric pit cell hyperplasia and depletion of chief cells; however, the specific molecular mechanisms behind the observed phenotypes remain unknown. Therefore, we wanted to study the effect of CA IX deficiency on whole-genome gene expression in gastric mucosa. This was done using Illumina Sentrix®Mouse-6 Expression BeadChip arrays. The expression of several genes with notable fold change values was confirmed by QRT-PCR. Results CA IX deficiency caused the induction of 86 genes and repression of 46 genes in the gastric mucosa. There was 92.9% concordance between the results obtained by microarray analysis and QRT-PCR. The differentially expressed genes included those involved in developmental processes and cell differentiation. In addition, CA IX deficiency altered the expression of genes responsible for immune responses and downregulated the expression of several digestive enzymes. Conclusions Microarray analysis identified several potential genes whose altered expression could explain the disturbed cell lineage phenotype in the Car9-/- gastric mucosa. The results also indicated a novel role for CA IX in the regulation of immunologic processes and digestion. These findings reinforce the concept that the main role of CA IX is not the regulation of pH in the stomach mucosa. Instead, it is needed for proper function of several physiological processes.BioMed Central Open acces