Bazı bitki türlerinin antioksidatif, genotoksik, sitotoksik ve apoptotik özelliklerinin araştırılması
Investigation of antioxidative, genotoxic, cytotoxic and apoptotic properties of some plant species
Yazar: MEHMET SARIMAHMUT
Danışman: DOÇ. DR. SERAP ÇELİKLER KASIMOĞULLARI
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Ülkemizde ve dünyada başlıca halk sağlığı sorunlarından biri olan meme kanseri, kadınlarda görülme sıklığı en yüksek olan kanser tipidir. Günümüzde, meme kanseri tedavisinde ancak kısmî bir başarı yakalandığı söylenebilir. Kanser ilaç tedavilerinde bitki kökenli moleküllerin payı yüksektir. Bu nedenle, yeni ve etkili moleküllerin keşfine ihtiyaç duyulmaktadır. Dolayısıyla, bu çalışmada Uludağ Milli Parkı'ndan toplanan ve bazıları endemik olan 12 bitki türünden 13 ekstrakt hazırlanmıştır. Bu ekstraktların kanser hücre soylarında hücre büyümesini baskılayıcı etkileri araştırılmış ve görece etkili olan bitki ekstraktlarının genotoksik ve apoptotik etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, bütün ekstraktların antioksidan kapasiteleri de çalışılmıştır.
Deneylerde insan MCF-7, MDA-MB-231 meme kanseri hücreleri ve MCF-10A malignan olmayan meme hücre soyları kullanılmıştır. Ekstraktların hücre canlılığı üzerine olan etkileri 48 saatlik uygulama sonrası sulforodamin B hücre canlılık testiyle belirlenmiştir. En yüksek aktivite gösteren Achillea multifida ve Astragalus sibthorpianus ekstraktlarının etkileri sonraki aşamada ATP testiyle doğrulanmıştır. A. multifida ekstraktının IC50 değeri MCF-7, MDA-MB-231 ve MCF-10A hücrelerinde sırasıyla 69,34, 62,18 ve 61,30 µg/ml olarak belirlenmiştir. A. sibthorpianus ekstraktının IC50 değeri MCF-7, MDA-MB-231 ve MCF-10A hücrelerinde sırasıyla 30,41, 44,75 ve 158,94 µg/ml olarak belirlenmiştir. Ekstraktların apoptotik etkilerini tespit etmek için Hoechst 33342 ve propidyum iyodür boyama yöntemi kullanılmıştır. Her iki ekstraktta da MCF-7 ve MDA-MB-231 hücrelerinde 50 µg/ml ve üzeri konsantrasyonlarda sekonder nekrotik hücreler ağırlıkta olmak üzere piknotik nükleus görünümüyle karakterize apoptotik hücreler gözlemlenmiştir. A. multifida ekstraktının IC50 dozunda zamana bağımlı olarak MCF-7 ve MCF-10A hücrelerinde DNA hasarını artırdığı ve MCF-10A hücrelerinin A. sibthorpianus ekstraktıyla indüklenen DNA hasarını kısmen tamir ettiği ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, aynı konsantrasyonda A. sibthorpianus ekstraktı MCF-10A hücrelerinde mikronükleus oluşumuna neden olmuştur. Muhtemel nükleus anomalilerini saptamak için A. multifida uygulaması yapılmış hücrelerde hematoksilen boyama gerçekleştirilmiştir. MDA-MB-231 ve MCF-10A hücrelerinde, hücre ölümünü indükleyen dozların altında, özellikle 12,5 µg/ml konsantrasyonda hücrelerin yaklaşık %20'sinde multinükleasyon görülmüştür. Son olarak, 13 ekstraktın antioksidan kapasiteleri DPPH ve CUPRAC testleri kullanılarak değerlendirilmiştir. A. sibthorpianus ekstraktının kayda değer bir antioksidan kapasitesi olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında, Tripleurospermum pichleri ve Papaver pilosum ekstraktları kısıtlı antioksidan aktivite göstermişlerdir.
Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında A. sibthorpianus ekstraktının meme kanser hücrelerine seçici sitotoksik aktivite gösterdiği ortaya konmuştur. MCF-10A hücrelerinin A. sibthorpianus ekstrakt uygulaması sonrasında DNA tamiri gerçekleştirebilmesi, A. sibthorpianus ekstraktının sahip olduğu yüksek antioksidan kapasitesiyle ilişkilendirilmiştir. A. multifida ekstraktı ise görece düşük dozlarda multinükleasyona, yüksek dozlarda ise apoptozise yol açarak doza bağımlı bir etki profili göstermiştir.

Abstract:
Breast cancer, which has been an important public health problem in our country and over the world, is the most frequently seen cancer type among women. Today only a partial success was reached in the breast cancer therapy. The ratio of molecules with plant origin is high in cancer chemotherapy. Therefore, discovery of novel and effective molecules is needed. To this end, 13 extracts were prepared from 12 plants collected from Uludag National Park. Growth inhibitory effects of these extracts were investigated on cancer cell lines and genotoxic and apoptotic effects of relatively effective extracts were determined. Furthermore, antioxidant capacity of all extracts were studied.
MCF-7, MDA-MB-231 human breast cancer cells and non-malignant MCF-10A cells with breast origin were used in this study. The effect of the extracts on cell viability was determined by using sulforhodamine B cell viability assay following 48 hour treatment. Activities of the most effective Achillea multifida and Astragalus sibthorpianus extracts were confirmed by the ATP assay. The IC50 value of A. multifida extract against MCF-7, MDA-MB-231 and MCF-10A cells were determined as 69,34, 62,18 and 61,30 µg/ml respectively. The IC50 value of A. sibthorpianus extract against MCF-7, MDA-MB-231 and MCF-10A cells were determined as 30,41, 44,75 and 158,94 µg/ml respectively. The cells were stained with Hoechst 33342 and propidium iodide to determine the apoptotic effects of the extracts. Mostly secondary necrotic and in part early apoptotic cells characterized with pyknotic nuclei were observed at 50 µg/ml and higher concentrations in MCF-7 and MDA-MB-231 with both extracts. It was revealed that A. multifida extract increased DNA damage in MCF-7 and MCF-10A cells in a time-dependent manner and MCF-10A cells partially repaired the DNA damage induced by A. sibthorpianus extract. However, A. sibthorpianus extract caused micronucleus formation at the same concentration in MCF-10A cells. A. multifida extract treated cells were stained with haematoxylin to detect possible nuclear abnormalities. Multinucleated cells were observed in approximately 20% MDA-MB-231 and MCF-10A cells at sublethal doses and especially at 12,5 µg/ml concentration. Lastly, the antioxidant capacity of the 13 extracts were evaluated by implementing DPPH and CUPRAC assays. A. sibthorpianus was determined to have a considerable antioxidant activity. In addition, Tripleurospermum pichleri ve Papaver pilosum extracts also showed a limited antioxidant activity.
In conclusion, A. sibthorpianus extract demonstrated selective cytotoxicity against breast cancer cell lines. The occurence of DNA repair in MCF-10A cell line after A. sibthorpianus extract treatment was linked with high antioxidant capacity of this extract. A. multifida extract exhibited a dose-dependent cytotoxicity profile by causing multinucleation at relatively lower doses and inducing apoptosis at higher doses.