Çocukluk çağı akut lenfoblastik lösemili hastaların kemik iliği kaynaklı mezenkimal stromal hücrelerinin blastlarla etkileşimi sonrası transkriptom analizi
Transcriptomic analyse of mesenchymal stromal cells derived from bone marrow of patients with childhood acute lymphoblastic leukemia after interaction with leukemic blasts
Yazar: TUBA ÖZDEMİR SANCI
Danışman: PROF. DR. HABİBE MELTEM ÖZGÜNER
Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Histoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı / Histoloji ve Embriyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Genetik = Genetics ; Hematoloji = Hematology ; Histoloji ve Embriyoloji = Histology and Embryology
Dizin: Dizi analizi = Sequence analysis ; Gen ifadesi = Gene expression ; Gen ifadesi profili = Gene expression profiling ; Kemik iliği = Bone marrow ; Prekürsör hücreli lenfoblastik lösemi-lenfoma = Precursor cell lymphoblastic leukemia-lymphoma ; Transkriptomlar = Transcriptomics

Özet:
Akut lenfoblastik lösemi (ALL), kemik iliğindeki (Kİ) klonal lenfoblastların anormal çoğalması ile karakterize hematolojik bir malignitedir. Malign lenfoblastların davranışı sadece genomik anormalliklerine değil, aynı zamanda yerel mikroçevreyle olan karmaşık ve karşılıklı ilişkilerine de bağlıdır. Kemik iliği mikroçevresinin löseminin başlamasında ve ilerlemesinde önemli bir rolü vardır. Mezenkimal stromal hücreler (MSH'ler) ve lösemik hücrelerin arasındaki çift yönlü etkileşimin lösemik hücrelerin büyümesi ve hayatta kalması üzerindeki etkisi hala büyük ölçüde bilinmemektedir ve lösemik hücrelerle ko-kültüre edilmiş MSH'lerin (Monokültür MSH'lerle kıyaslanarak) gen ifade profilini gösteren yapılmış bir transkriptomik çalışma henüz bulunmamaktadır.
Tüm bunlar göz önünde bulundurularak, Kİ'den üretilen MSH'ler ve lösemik blastlar ko-kültüre edilmiş ve monokültür MSH'lerle karşılaştırılarak farklı ifade gösteren genleri belirlemek amacıyla mikrodizin analizi yapılmıştır.
Ko-kültür koşullarında hasta MSH (hMSH)'ler sağlıklı MSH'ler (sMSH) ile karşılaştırıldığında 293 genin, monokültür koşullarında hMSH'ler sMSH'ler ile karşılaştırıldığında 861 genin farklı ifade gösterdiği ve sadece 15 genin her iki grupta ortak ifade gösterdiği tespit edilmiştir. Biyoinformatik ve ayrıntılı veri madenciliği analizinden sonra, ilk olarak, ko-kültüre edilmiş ve monokültür MSH'lerin spesifik bir profile sahip olduklarını gösteren kümeleme analizi yapılmıştır. Ardından ontoloji ve yolak analizleri yapılmıştır. Yapılan yolak analizlerinde ko-kültürlü grupta akson yönlendirme yolağı, efrin sinyal yolağı, FoxO sinyal yolağı, Wnt sinyal yolağı ve kök hücre potansiyelini düzenleyen yolakların yer aldığı 5 yolağın; monokültürlü grupta ise TGF-ß sinyal yolağı, hücre dışı matriks-reseptör etkileşimi, p53 sinyal yolağı ve PI3K-Akt sinyal yolağınında içine bulunduğu 43 yolağın öne çıktığı belirlenmiştir.
Özellikle ko-kültür sonrası farklılaşan yolaklar ve genler monokültürlü grupla kıyaslandığında lösemik hücrelerle MSH'ler arasında bir iletişimin olduğu ve lösemik kemik iliği mikroçevresinde önemi henüz anlaşılmayan aksonogenez, nörogenez gibi süreçlerin MSH'lerle ilişkili olduğunu gösteren yolakların ve genlerin öne çıktığı görülmüştür. Bozulan mekanizmaların ve yolakların aydınlatılması, bu hücrelerin pre-B ALL patofizyolojisine yeni moleküler yaklaşımlar sağlamakla beraber bu hücreler arasındaki etkileşimin anlaşılması yeni terapötik hedeflerin bulunmasına katkı sağlayacağını düşündürmektedir.

Anahtar Kelimeler: Blast, çocukluk çağı akut lenfoblastik lösemi, gen ifade profili, mezenkimal stromal hücre, mikrodizin

Abstract:
Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a hematological malignancy characterized by the abnormal expansion of clonal lymphoblasts in the bone marrow (BM). The behavior of malignant lymphoblasts is not only dependent on their genomic abnormalities but also, on their complex and reciprocal relationships with their local niche. BM microenvironment has a crucial role in the initiation and progression of leukemia. The implication of the bidirectional interaction between mesenchymal stromal cells (MSCs) and leukemic cells on growth and survival is still largely unknown and there is any study that shows the gene expression profiling in cocultured MSCs (with respect to monoculture conditions) on a transcriptome-wide basis. 
Taking all this into consideration, we have established cocultures between BM-derived MSCs and the leukemic blasts and performed microarray on the MSCs to determine deregulated genes due to the coculture condition with respect to MSCs in monoculture. 
We identified 293 differentially expressed genes (DEGs) in analyzing patient MSC (pMSC) samples vs. healthy MSC (hMSC) in co-culture condition and 861 DEGs of pMSC vs. hMSC analysis in monoculture condition and only 15 DEGs common in both groups. After bioinformatics and detailed data mining analysis, we have performed cluster analysis that shows a specific molecular signature of cocultured and monoculture MSCs. Then ontology and pathway analysis were performed. Results have shown 5 pathways of DEGs including axon guidance, ephrin signalling, FoxO signaling pathway, Wnt signaling pathway and signaling pathways regulating pluripotency of stem cells in coculture condition while 43 pathways of DEGs including pathways in cancer, TGFß signaling pathway, ECM-receptor interaction, p53 signaling pathway and PI3K-Akt signaling pathway in monoculture condition.
Deregulated genes and pathways have showed that there is a communication between leukemic cells and MSCs, especially after coculture condition compared with the monoculture condition and genes and pathways linked to MSCs are related to axonogenesis and neurogenesis of which the importance is not yet understood in the leukemic bone marrow microenvironment. The elucidation of deregulated mechanisms and pathways provides new molecular insights to the contribution of these cells to ALL pathophysiology and understanding cross-talk between these cells may lead to founding new therapeutic targets.

Keywords: Blast, childhood acute lymphoblastic leukemia, gene expression profile, mesenchymal stromal cell, microarray