3T3L1 hücrelerinde fruktotoksite ve mitokondriyal disfonksiyon
Fructotoxity and mitochondrial dysfunction in 3T3L1 cells
Yazar: SİBEL KINIK
Danışman: PROF. DR. FATMA BELGİN ATAÇ
Başkent Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Fruktoz = Fructose

Özet:
Obezite dünyada epidemi düzeyinde problem olan bir enerji dengesi bozukluğudur. Obezitenin artışında mısır şurubundan elde edilen fruktoz tüketimi büyük oranda sorumludur. Mitokondri hücrede enerji dengesini sağlamada çok önemli bir organel olarak obezitedeki metabolik bozukluklarda anahtar rol oynar. Obezitede besin yüklenmesi mitokondride yanlış katlanmış protein birikimine yol açabilir. Mitokondriyal kalite kontrol sistemleri şaperon ve proteazlardan oluşur ve nukleusa geri sinyaller göndererek hatalı proteinleri uzaklaştırarak mitokondriyal dengeyi sağlamaya çalışır. 
Preadipositten olgun yağ hücresine farklılaşma bir dizi transkripsiyon faktörlerinin çok iyi işleyişi ile düzenlenir. Yağ hücresi bu sırada artmış enerji gereksinimini mitokondri ile sağlar. Besin, ilaç ve genetik faktörler yağ hücresindeki mitokondriyal fonksiyonu bozabilir. Yüksek dozda işlenmiş fruktoz alımı ile visseral yağlanmanın arttığı ve mitokondriyon fonksiyonunun bozulduğu bilinse de mekanizmalar çok iyi anlaşılamamıştır. 
Fruktoz alımı ile obezite arasındaki ilişki nedeniyle, bu çalışmada fruktozun yağ hücre farklılaşmasındaki etkisini inceledik. Aynı zamanda 3T3-L1 preadiposit hücrelerinde fruktozun adipogenez sırasında mitokondri fonksiyonlarına olası zararlı etkisini göstermeyi hedefledik. Adiposit farklılaşması oil red-O boyama ile gösterildi. Tüm deney şartlarında fruktoz uygulanarak ve uygulanmadan mitokondriyal ve adiposit biyogenez genleri (Peroksizom proliferatör-aktive edici reseptör gamma (PPARγ), PPARγ koaktivator 1 alfa (PGC-1α), CCAAT enhancer-binding protein alfa (CEBPα), ve beta (CEBPβ) ve mitokondriyal katlanmamış protein yanıtı ile ilgili stres genlerinin (mitokondriyal "heat shock" protein 60 ve 70 (mtHsp60, mtHsp70), Mitochondrial processing peptidase β subunit (MPPβ, Pmpcb), Clp-like proteaz  (Clpp), Endonükleaz G (Endog) ve "ubiquinol-cytochrome-c reductase complex assembly factor 1" (Uqcc) ifadelenmeleri 2, 4, 6 ve 8. günlerde çalışıldı. 
Sonuç olarak, fruktoz uygulanan 3T3L1 hücrelerinde olgun yağ hücresine dönüşümün arttığı görüldü. CEBPα, CEBPβ, Pmpcb, Clpp, EndoG, Uqcc genlerinin ifadelenmesi fruktoz uygulanan hücrelerde anlamlı olarak yüksekti. Çalışmamız fruktozun yağ hücresindeki mitokodriyal fonksiyonlarda bozucu etkilerini göstermiştir.

Abstract:
Obesity is an energy balance disorder and a worldwide growing epidemic problem. It has been proposed that increased obesity rates may be due to increased consumption of fructose derived from dietary high-fructose corn syrup. As mitochondria are the primary organelles regulating metabolic and energy homeostasis, mitochondrial dysfunction is thought to play a key role in the pathogenesis of metabolic disorders in obesity. In obesity, nutrient overloading may lead to the accumulation of misfolded proteins in mitochondria. The mitochondrial quality control machinery is mainly composed of chaperones and proteases, which are up-regulated through a retrograde signaling pathway to the nucleus to degrade and remove damaged mitochondrial proteins maintaining mitochondrial homeostasis.
Differentiation of preadipocytes into adipocytes is a highly regulated process whereby a series of transcription factors. During adipogenesis, adipocyte differentiation program requires large amount of energy and biogenesis of mitochondria is stimulated. Nutritional, pharmacological, and genetic impairments of adipose mitochondrial function lead to the dysregulation of homeostasis. Highly refined fructose intake increases visceral adiposity and mitochondrial dysfunction although the mechanism(s) remain unclear
Given the potential connections between fructose intake and obesity, we examined the effects of fructose on adipocyte differentiation. Also we want to show the detrimental impacts of fructose on the mitochondrial dysfuction during adipogenesis in 3T3-L1 preadipocyte cells. Adipocyte differentiation was shown with oil red-O staining. In all experimental conditions with and without fructose, expression rates of mitochondrial and adipocyte biogenesis genes (peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), PPARγ coactivator-1 alpha (PGC-1α), CCAAT-enhancer binding protein alpha  (CEBPα), CCAAT-enhancer binding protein beta  (CEBPβ) and also stress genes related to mitochondrial unfolded protein response (mitochondrial heat shock protein 60 (mtHsp60), mitochondrial heat shock protein 70 (mtHsp70), mitochondrial-processing peptidase subunit beta (Pmpcb), Clp like protease (ClpP), endonuclease G (Endog), ubiquinol-cytochrome c reductase complex  assembly factor 1(Uqcc) were measured on the second, fourth, sixth and eighth days of the experiment. 
We demonstrated that, fructose treatment of 3T3-L1cells incubated in standard differentiation medium increases adipogenesis. Expression of CEBPα, CEBPβ, Pmpcb, Clpp, Endog, Uqcc genes were significantly higher in fructose applied cells. Our study showed the deleterious effects of fructose on mitochondrial functions in adipocytes.