Nöral kök hücre organoid modelinin mitokondri hasarı açısından değerlendirilmesi
Evatuation of neural stem cell organoi̇d model in terms of mi̇tochondria damage
Yazar: ONUR ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. YUSUFHAN YAZIR
Kocaeli Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre ve (Rejeneratif) Yenileyici Tıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Nöroloji = Neurology
Dizin: Alzheimer hastalığı = Alzheimer disease ; Mitokondrial hastalıklar = Mitochondrial diseases ; Mitokondriler = Mitochondria ; Nöral kök hücreleri = Neural stem cells ; Nöronlar = Neurons ; Oksidatif stres = Oxidative stress ; Organoidler = Organoids

Özet:
Amaç: Sunulan bu tez çalışmasında oksidatif stres uyarılmış nöral kök hücreler kullanılarak elde edilen 3 boyutlu nöral kök hücre organoid modelinde mitokondri hasarının incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: In vitro kültür ortamında çoğaltılıp 75 μM hidrojen peroksit (H2O2) uygulaması sonucu oksidatif stres ve bunun ile bağlantılı mitokondri hasarı oluşturulan nöral kök hücreler kullanılarak organoid modeli geliştirilmiştir. Oluşturulan organoid modellerini değerlendirmek adına çeşitli belirteçler incelenmiştir. Bu incelemeler histolojik ve immünfloresan boyama teknikleri, spektrofotometrik ölçüm teknikleri ve Real Time PCR tekniği kullanılarak, gen ekspresyonu ve protein seviyesinde yapılmıştır. Elde edilen organoid modellerinde mitokondri hasarının değerlendirilmesi işlemi mitokondri membran potansiyeli ile total mitokondri oranı karşılaştırılarak sağlanmıştır.
Bulgular: Elde edilen veriler 3 boyutlu nöral kök hücre organoid modelinin başarılı bir şekilde oluşturulduğunu ve hücre organizasyonunun model içerisinde gerçekleştiğini ortaya koymaktadır. Model içerisinde hücrelerin oluşturulan oksidatif stresten kaynaklı değişken bir hücresel dağılım profili sergiledikleri gözlenmiştir. H2O2'nin konsantrasyona bağlı olarak hücre canlılığını azaltabileceği gibi belirli konsantrasyon değerlerinde hücresel uyarım sağlayarak çoğalmayı uyardığı tespit edilmiştir. Oksidatif stres uyarılmış organoid modelinde 28. günde hücrelerin MAP2 ve TUBB3 nöral belirteçler kontrole kıyasla daha kuvvetli olduğu görülmüştür. Aynı zamanda Alzheimer belirteçlerinden olan TAU'nun modellerde pozitif ekspresyonu gözlenmiştir. Organoid modellerinde kültür sürecinde oksidatif stres kaynaklı mitokondri membran potansiyelinde değişim ve bundan kaynaklı mitofaji sürecinde artış olduğu gözlemlenmiştir.
Sonuç: Multipotent olarak sınıflandırılan nöral kök hücreler kullanılarak başarılı bir organoid modeli oluşturulmuştur. Elde edilen modelde H2O2 'nin spesifik hücre farklılaşmalarını yönlendirdiği ve hücre davranışlarını etkilediği ortaya koyulmuştur. Oluşturulan model organoid'den beklendiği şekilde matriks düzenlenmesi göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, bu modelin Alzheimer hastalık modeli olduğunu işaret etmektedir.
v
Bu sebepten dolayı bu model Alzheimer hastalığının incelenmesinde kullanım potansiyeli taşımaktadır.
Anahtar Kelimeler: Nöral kök hücre, organoid, oksidatif stres, mitokondri hasarı

Abstract:
Objective: In this study, it is aimed to investigate mitochondrial damage in a 3D neural stem cell organoid model using oxidative stress-induced neural stem cells.
Method: The organoid model was developed in vitro using neural stem cells, on which oxidative stress was induced and mitochondrial damage was generated following the hydrogen peroxide (H2O2) application at 75 μM. Various markers were examined to evaluate the organoid models. These analyses were at gene expression and protein level using histological and immunofluorescent staining techniques, spectrophotometric measurement techniques and Real Time PCR technique. The evaluation of mitochondria damage in the organoid models was performed by their comparing the groups with respect to their mitochondrial membrane potential and their total mitochondria ratio, separately.
Results: Obtained data revealed that the 3D neural stem cell organoid model was successfully established and the cell organization occurred within the model. It was observed that the cells in the model showed a variable cellular distribution profile due to the generated oxidative stress. It has been determined that H2O2 can reduce cell viability depending on the concentration, as well as induce proliferation by providing cellular stimulation at certain concentrations. In the oxidative stress-induced organoid model, cells were found to be stronger in MAP2 and TUBB3 neural markers on day 28 compared to control. At the same time, positive expression of TAU, an Alzheimer's marker, was observed in models. In organoid models, oxidative stress-induced alterations in mitochondrial membrane potential during the culture process and an increase in mitophagy process were observed.
Conclusion: A successful organoid model was generated using neural stem cells, classified as multipotent. In this model, it was revealed that H2O2 directs specific cell differentiation and affects cell behavior. The generated model presented the expected the matrix rearrangement similar to organoids. The obtained results indicate that this model might be used as an Alzheimer's model. For this reason, this model has the potential to be used for the studies on Alzheimer's disease.
vii
Keywords: Neural stem cell, organoid, oxidative stress, mitochondria damage