Kronik miyeloid lösemi'de gelişen dirençte hücrelerin yeniden programlanmasında mitokondrilerin etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of mitochondria in the reprogramming of resistant chronic myeloid leukemia cells
Yazar: YALDA HEKMATSHOAR
Danışman: PROF. DR. ASUMAN SUNGUROĞLU
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Apoptozis = Apoptosis ; Hücre programlama = Cell programming ; Lösemi-miyeloid = Leukemia-myeloid ; Lösemi-miyeloid-kronik-BCR-ABL pozitif = Leukemia-myelogenous-chronic-BCR-ABL positive ; Mitokondriler = Mitochondria ; Otofaji = Autophagy ; Sıcaklık şoku proteinleri = Heat shock proteins ; İmatinib mesilat = Imatinib mesilat

Özet:
Kronik miyeloid lösemi (KML) 9. ve 22. kromozomların resiprokal translokasyonu sonucu oluşan BCR-ABL füzyon geni nedeniyle oluşan bir hematopoetik neoplazidir. KML tedavisinde kullanılan Tirozin Kinaz İnhibitörlerine karşı gelişen direnç, tedavinin başarısız olmasına neden olmaktadır. Bu proje kapsamında K562 KML hücre serilerine İmatinib uygulanarak İmatinib dirençli hücre serileri elde edilmiş ve bu hücrelerde İmatinib'e karşı gelişen direnç mekanizması kök hücrelilik, tutunma, metabolizma, ER stres ve otofaji yönünden araştırılmıştır. Dirençli hücre serileri K562R-adh (dirençli-yapışan) ve K562R(dirençli-süspanse) olarak iki farklı populasyon temelinde analiz edilmiştir. KML'de İmatinib'e karşı gelişen direnç mekanizmasını tanımlamak amacıyla K562S (duyarlı), K562R ve K562R-adh hücrelerinin integrin ve kök hücre paneli PCR array analiz sonuçları değerlendirilmiştir. İntegrin panelinde dirençten sorumlu olarak her iki hücre serisinde THSB1, VCAN, SELP, ITGB3, ITGB6, COL15A1, ITGA9, ITGA10 gen ifadelerinin anlamlı olarak arttığı belirlenmiştir. Kök hücre panelinde ise dirençli hücrelerimizde DATCH1, ALCAM1, JAG1, CD44, KITLG, ITGA2, GATA3, ABCG2, PTPRC genlerinin yüksek ifade edildiği saptanmıştır. KML'de İmatinib'e karşı gelişen dirençten sorumlu olarak VCAN, SELP, COL15A1, ITGB6 ve ITGA9 genlerinin ifadelerinin arttığı ilk kez bu tez projesinde belirlenmiştir. Özellikle, K562R-adh hücrelerimizde integrin panelinde COL4A2, FN1, ITGA5, ITGA4, LTNNA1, ECM1, LAMC1 ve CNTN1; kök hücre panelinde ise SOX2, KLF4, ALDHA1 ve CD24 kök hücre belirteçlerinin anlamlı bir şekilde yüksek ifade edildiği saptanmıştır. Bu tez projesinin ikinci aşamasında ise, KML'de gelişen İmatinib direncinin yok edilmesinde, mitokondri şaperon (HSP90) inhibitörü olan Gamitrinib'in alternatif ajan olabileceği düşünülerek İmatinib, Gamatrinib ve İmatinib+Gamatrinib ilaç kombinasyonları üç farklı hücre grubuna uygulanmıştır. K562S hücre serisine Gamitrinib uygulandığında İmatinib'den daha yüksek hücre ölümü gözlenmiş olması IM'e alternatif bir tedavi ajanı olabileceğini göstermiştir. Annexin V, kaspaz ve ATP miktar tayini sonuçlarımıza göre, İmatinib'e dirençli hücre serilerinden K562R-adh hücrelerimizde Gamitrinib+İmatinib ile kombine uygulandığında bu hücreleri yüksek oranda apoptoza götürürken, K562R hücrelerimizde ise tek başına Gamitrinib uygulanması ve  İmatinib ile kombine uygulanması durumunda yüksek miktarda apoptoza yola açmıştır. Bu sonuç, KML'de gelişen İmatinib direncinde İmatinib+Gamitrinib kombine tedavisinin ilaç direncini gidermek için alternatif bir tedavi protokolü olarak önerilebileceğini göstermektedir. Gamitrinib uygulanan hücrelerde bunlara ilaveten otofaji ve ER stres belirteçleri analiz edilmiş, ancak ilaç uygulanması ile bu yolaklar arasında direkt bir ilişki gözlenmemiştir. Gamitrinib aerobik glikolizi inhibe eden bir ajan olduğu için bazı metabolik genler de araştırılmış ve K562R hücrelerimizde Gamitrinib'in HK2, PKM1 ve LDHA genlerinin ifadesini düşürdüğü ve bu hücrelerin normalde aerobik glikoliz yaparak hücre canlılığını arttırdığı şeklinde yorumlanmıştır.

Abstract:
Chronic myeloid leukemia (CML) is a hematopoietic neoplasm (9, 22) (q34, q11) caused by the BCR-ABL fusion gene which is produced as a result of the reciprocal translocation between 9. and 22. chromosomes. Resistance to tyrosine kinase inhibitors used in the treatment of CML causes treatment failure. In this project, Imatinib resistant cell line which was obtained by incubating cells with increasing concentrations of Imatinib was used to analyze resistance mechanisms in terms of stemness, adhesion, metabolism, ER stress and autophagy.  Resistant cell lines were analyzed on the basis of two different populations, Radh (adheren) and R (suspension). In order to define the mechanism of resistance against Imatinib in CML; integrin and stem cell signaling PCR array results were analyzed in K562S (susceptible), K562R (resistant-suspension) and K562R-adh (resistant-adherent) cells. THSB1, VCAN, SELP, ITGB3, ITGB6, COL15A1, ITGA9, ITGA10 gene expressions significantly increased in both K562R and K562R-adh cells. In the stem cell panel, DATCH1, ALCAM1, JAG1, CD44, KITLG, ITGA2, GATA3, ABCG2, PTPRC genes were found to be highly expressed in our resistant cells. Increased expression of VCAN, SELP, COL15A1, ITGB6 and ITGA9 genes, which are responsible for resistance to Imatinib in CML, has been identified for the first time in this thesis project. In the stem cell panel, DATCH1, ALCAM1, JAG1, CD44, KITLG, ITGA2, GATA3, ABCG2, PTPRC genes were found to be highly expressed in our resistant cells. The expression of VCAN, SELF, COL15A1, ITGB6, ITGA9, and KITLG genes, which are responsible for resistance to Imatinib in CML, was first identified in this thesis project. In particular, our Radh cells exhibited significantly increased expressions of COL4A2, FN1, ITGA5, ITGA4, LTNNA1, ECM1, LAMC1, CNTN1 and SOX2, KLF4, ALDHA1 and CD24 as integrin and stem cell panel genes respectively. In the second phase of this thesis project, we investigated the effects of Imatinib, Gamatrinib and Imatinib + Gamatrinib drug combinations on three different cell groups considering that mitochondria chaperone (HSP90) inhibitor Gamatrinib might be an alternative agent to Imatinib to eliminate Imatinib resistance in CML.  Cell death in K562s cells achieved with Gamitrinib treatment was higher than Imatinib treatment which suggested Gamitrinib as an alternative treatment agent to Imatinib. According to Annexin V staining, caspase activity and ATP quantification results, Gamitrinib induces a high rate of apoptosis when combined with Imatinib in K562R-adh cells. On the other hand, Gamitrinib induces a high rate of apoptosis in K562R cells when applied as a single agent or in combination with Imatinib.  This result shows that Imatinib + Gamitrinib combination therapy may be recommended as an alternative treatment protocol to eliminate Imatinib resistance in CML. In addition, autophagy and ER stress markers were analyzed in Gamitrinib-treated cells, but no direct correlation was observed between drug administration and these pathways. Since Gamitrinib is an agent that inhibits aerobic glycolysis, some metabolic genes have also been investigated and it was interpreted that in our K562R cells Gamitrinib reduces the expression of HK2, PKM1 and LDHA genes, and these cells normally do aerobic glycolysis to increase cell viability