Mezenkimal kök hücre eksozomlarının eozinofil ilişkili inflamatuar yanıtlar ve epitel bariyer hasarı üzerindeki düzenleyici etkilerinin incelenmesi
Investigation of the regulatory effects of mesenchymal stem cell exosomes on eosinophil-related inflammatory responses and epithelial barrier damage
Yazar: BERFİN DOĞA KOÇKAYA
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ÇAĞATAY KARAASLAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Allerji ve İmmünoloji = Allergy and Immunology ; Biyoloji = Biology

Özet:
Solunum yoluyla alınan zararlı faktörlere doğrudan ve devamlı olarak maruz kalan akciğerde, epitel hücrelerinin oluşturduğu bariyer yapısı; alerjen, kirleticiler, patojenler gibi birçok faktöre karşı koruyucu rol oynamaktadır. Akciğer epitel bariyeri; artan inflamatuar yanıtlara, hücre bağlantılarının bozulmasına ve aşırı mukus üretimine bağlı olarak hasara uğrayabilmektedir. Eozinofillerin ortamda arttığı inflamasyon koşullarında, eozinofillerden üretilen birçok faktör de epitel hücre hasarında arttırıcı etki göstermektedir. Bariyer hasarı sonucunda akciğer zararlı faktörlere karşı savunmasız hale gelmekte ve hastalıklara yatkınlık artmaktadır. Bu nedenle kontrolsüz inflamatuar yanıtların düzenlenmesi ve bariyer bütünlüğünün iyileştirilmesi, bariyer hasarı ilişkili hastalıklar için oldukça önemli bir hedeftir. Mezenkimal kök hücre (MKH)'ler immünmodülasyon kapasiteleri nedeniyle birçok inflamatuar hastalığın tedavisinde kullanılmış ve bu hücrelerin ortamdaki dengesiz immün yanıtları düzenleyebildikleri gösterilmiştir. Ancak zaman içerisinde çeşitli yan etkiler nedeniyle, immünmodülasyon özelliklerine aracılık eden MKH eksozomlarına yönelim görülmüştür. Literatürde 'Hücresiz' tedavi seçenekleri eksozomların immün yanıtları MKH'lere benzer şekilde düzenleyebildiği gösterilmiş ancak akciğer epitel bariyer hasarı üzerine etkilerini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır. 
Tez çalışması kapsamında, farklılaştırılmış insan bronş epitel hücreleri kullanılarak epitel bariyer modeli oluşturulmuş, ardından kurulan epitel-eozinofil ko-kültür sistemi LPS ile uyarılarak bariyer hasar modeli oluşturulmuştur. Bu modelde; hasar ilişkili moleküller gen ifadesi ve protein düzeyinde incelenmiş, ek olarak bariyer bütünlüğü ve hücre bağlantıları analiz edilmiştir. Ardından bu yanıtlar, immünmodülasyon kapasiteleri nedeniyle tedavi potansiyeli gösteren MKH eksozomlarının varlığında incelenerek, eksozomların epitel bariyer hasarı üzerindeki düzenleyici etkileri araştırılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde eksozom tedavisinin; akciğer epitel bariyer hasarında rol oynayan IL-6, IL-8, MMP-9, TIMP-1, IL-33, TSLP gibi sitokin/kemokinlerin seviyelerini düzenleyebildiği ortaya koyulmuştur. Aşırı mukus üretimi ile ilişkili yanıtları da MUC5AC gen ifadesi üzerinden etkileyebildiği gösterilen MKH eksozomlarının; bozulan epitel bariyer bütünlüğünün ve sıkı bağlantı molekülü ZO-1'in seviyesinin düzenlenmesinde de rol oynadığı gösterilmiştir. Sonuç olarak MKH eksozomlarının akciğer epitel bariyer hasarı tedavisinde önemli potansiyele sahip olabilecekleri görülmüştür.

Abstract:
Barrier structure formed by epithelial cells in the lung, which is directly and continuously exposed to harmful factors taken by inhalation; plays a protective role against many factors such as allergens, pollutants, and pathogens. Lung epithelial barrier can be damaged due to increased inflammatory responses, disruption of cell-cell connections and excessive mucus production. In inflammatory conditions where eosinophils increase in the environment, many factors produced from eosinophils also play a role in damage. As a result of impaired barrier integrity, lungs become vulnerable to harmful factors and susceptibility to diseases increases. Therefore, regulation of inflammatory responses and improvement of barrier integrity is very important for barrier damage-related diseases. Mesenchymal stem cells (MSCs) have been used in the treatment of many inflammatory diseases due to their immunomodulation capacity and it has been shown that these cells can regulate unbalanced immune responses. However, over time, due to various side effects, there has been a trend towards MSC exosomes that mediate their immunomodulating properties. It has been shown that exosomes, which are 'cell-free' treatment options, can regulate immune responses like MSCs, but no study has been found that examines their effects on lung epithelial barrier damage.
Within the scope of the project, an epithelial barrier model was created using differentiated human lung epithelial cells, and then the established epithelial-eosinophil co-culture system was stimulated with lipopolysaccharide to create a barrier damage. In this model, damage-related molecules were examined at the gene and protein level, in addition, barrier integrity and cell junctions were analyzed. Then, these responses were examined in the presence of MSC exosomes, which show therapeutic potential due to their immunomodulation capacity, and the regulatory effects of exosomes on barrier damage were investigated. When the results were examined, it was revealed that exosome could regulate the levels of cytokine/chemokine and damage-related molecules such as IL-6, IL-8, MMP-9, TIMP-1, IL-33, TSLP, which play a role in lung epithelial barrier damage. MSC exosomes, which have been shown to affect the responses associated with excessive mucus production through MUC5AC gene expression; It has also been shown to play a role in the regulation of the impaired barrier integrity and the level of the tight junction molecule ZO-1.