Mezenkimal kök hücrelerin canlılığı ve stres koşulları altındaki proliferasyonunda kalsiyum/kalmodulin-bağımlı protein kinaz 2 (CAMKII) enzim değişiminin belirlenmesi
Determination of calcium-calmodulin dependent protein kinase 2 (CAMkII) enzyme in mesenchymal stem cell viability and proliferation under the stress conditions
Yazar: TUĞBA ŞAN
Danışman: PROF. DR. PINAR AKAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics
Dizin: Hücre çoğalması = Cell proliferation ; Kalmodulin = Calmodulin ; Kalmodulin bağlayıcı proteinler = Calmodulin binding proteins ; Kalsiyum = Calcium ; Kök hücreler = Stem cells ; Mikro RNA = Micro RNA ; Oksidatif stres = Oxidative stress ; Protein kinazlar = Protein kinases ; Sinyal nakli = Signal transduction

Özet:
Giriş ve amaç: Kalsiyum/Kalmodulin-Bağımlı Protein Kinaz 2 (CaMKII) bir serin treonin protein kinaz ailesinin üyesidir ve nöronal hücrelerde yoğun olarak bulunur. Öğrenme süreci, hafıza oluşumu, sinaptik plastisite üzerinde anahtar role sahip olduğu gösterilmiştir. Bu enzimin inhibisyonunun nöronal hücrelerde apoptozisi önleyebildiği, primer kültürlerde glutamat ile indüklenen nöronal hücre ölümünü zayıflattığı ileri sürülmektedir. Ayrıca CaMKII ile aynı aileye ait olan kalsiyum/kalmodulin bağımlı protein kinaz kinaz (CaMKK) enzim değişiminin ise hematopoetik kök hücre proliferasyonunu kontrol ettiği son yıllarda ileri sürülmüştür. Ancak CaMKII enziminin kök hücre proliferasyonu ve stres koşullarında oluşan hücresel yanıt üzerine etkileri henüz net olarak bilinmemektedir. Bu projede, CaMKII enzim düzeylerindeki değişimlerin mezenkimal kök hücrelerin yaşam süresi ve proliferasyon değişimleri üzerindeki etkilerini ve hidrojen peroksit (H2O2) ile indüklenen stres koşulundaki düzey ve aktivite değişimlerini belirlemek amaçlanmıştır. Ayrıca stres koşullarında enzimin izoform (alfa, beta, gama, delta) ekspresyon değişimlerinin incelenmesi hedeflenmiştir.
Yöntemler: Çalışmamızda insan göbek kordonu Wharton jölesinden (WJ) eksplant yöntemi ile MKH'ler elde edildi. MKH' lerin CD44,  CD90, CD105 yüzey antijenlerinin gen ve protein ekspresyon düzey değişimleri RT-qPZR, immünohistokimya ve akış sitometrisi yöntemleri ile gösterilerek karekterize edildi. Hidrojen peroksit ile indüklenen stres koşulunda CaMKII enzimi düzey ve aktivite değişimleri fotometrik olarak, enzim  izoform değişimleri ise RT-qPCR yöntemi ile saptandı. CaMKII inhibitörü (KN-93) uygulamasının kök hücre canlılığı ve proliferasyonu üzerine etkisi MTT ve MTS testleri ile belirlendi. 
Bulgular: Tez kapsamında Wharton Jeli'nden izole edilen kök hücreler kullanılarak Mezenkimal Kök Hücre'lerin (MKH) tanımlanmasında Uluslararası Hücre Tedavisi Derneği'ne (ISCT) göre minimal kritlerler olan adipojenik, osteojenik ve kondrojenik farklılaşma kapasitesi histokimyasal olarak gösterildi. Oksidatif stres oluşturmak amacı ile 30 dakikalık H2O2 (1 mM) uygulamasının kök hücre canlılığını kontrol grubuna göre ~%40-50 oranında azalttığı gösterildi. KN-93 uygulaması ile CaMKII enzim inhibisyonunun H202 uygulaması ile birlikte hücre canlılığını , sadece H202 uygulanan gruba göre daha da azalttığı , negatif inhibitör (KN-92) uygulanmasında bu etkinin olmadığı belirlendi. Wharton Jeli Mezenkimal Kök Hücrelerinin (WJ-MKH) H202 ile tetiklenen stres koşulları altında ağırlıklı olarak CaMKII enziminin Beta izoformunu ekprese ettiği  belirlendi.
Sonuç:	Sonuç olarak literatür taramamıza göre  CaMKII enziminin  mezenkimal kök hücre canlılığı ve H2O2 ile indüklenen stres koşullarındaki değişimi ilk kez bu tez çalışması ile gösterildi.  Çalışmamız ile elde edilen verilerin MKH'lerin stres koşullarına verdiği yanıt mekanizmasının anlaşılmasını, hedefe yönelik kök hücre tedavi stratejilerinin geliştirilmesi için temel basamak  sağlayacağı düşünülmektedir. 
Anahtar Sözcükler: Mezenkimal Kök Hücre, Wharton Jölesi, Oksidatif Stres, CaMKII, KN-93, KN-92

Abstract:
Introduction and aim: Calcium/Calmodulin Dependent Protein Kinase 2 (CAMKII) is a member of serine threonin kinase family and it is found intensively in neuronal cells. It has been shown that CaMKII has a key role on the learning process, on the memory formation and on the synaptic plasticity. It has been suggested that nonspecific inhibition of calcium / calmodulin dependent protein kinase 2 can prevent apoptosis in neuronal cells, and also inhibition of induced and autonomic CAMKII activity decreases glutamate-induced neuronal cell death in primary cultures. In addition in recent years it has been suggested that change in the amount of Calcium/calmodulin-dependent protein kinase kinase (CaMKK) enzyme which belongs to the same family as CaMKII controls hemopoietic stem cell proliferation. Although the effects of CaMKII enzyme on cellular response in stem cell proliferation and under the stress conditions are still unclear. In this project, changes in the levels of calcium / calmodulin dependent protein kinase 2 on mesenchymal stem cells survival and proliferation changes and on the changes of CaMKII levels under the Hydrogen peroxide (H2O2) induced stress conditions were aimed to investigate. Besides changes on the amount of gene expressions of CaMKII isoforms (alpha, beta, gama, delta) were aimed to investigate under the stress conditions.
Methods: In our project, mesenchymal stem cells were obtained from  human umbilical cord by explant method. Gene and protein expressions of CD44, CD90, CD105 surface antigens were determined by RT-qPCR, immünohistochemistry and flow cytometry, thus MSCs were characterized. CaMKII enzyme levels and activity levels were determined photometrically and CaMKII enzyme isoforms levels were determined by RT-qPCR under the hydrogen peoxide induced stress conditions. Effects of application of KN-93 which is a CaMKII inhibitor on stem cell viability and proliferation were determined byy MTT and MTS tests.
Results: In this thesis project, the minimal criterias which are the capacity of differentiation into osteogenic, chondrogenic and adipogenic cells on the characterization of Mesenchymal Stem Cell's (MSC) according to International Society for Cellular Therapy (ISCT) were shown histochemically by using the stem cells which were isolated from Wharton Jelly. It was shown that the application of 1mM H2O2 for 30 minutes to generate oxidative stress decreased the cell viability ~40 – 50%  in proportion to control group. It was determined that CaMKII enzyme inhibition by the application of KN-93 with the H202 application decreased the cell viability more than the H202 application alone and this effect was not exist in the application of KN-92 negative inhibitor. It was identified that Wharton's Jelly Mesenchymal Stem Cells (WJ-MSC) express mostly Beta isoform of CaMKII enzyme under the H202 induced stress conditions. 
	Conclusion: As a result, according to our literature review the effects of CaMKII on the cell viability and H2O2 induced stress conditions were shown for the first time. It is thought that the data which were obtained from our research will provide a fundamental ground to understand response mechanism of MSCs to the stress conditions and to develop targeted stem cell treatment strategies.
Keywords: Mesenchymal Stem Cell, Wharton's Jelly, Oxidative Stress, CaMKII, KN-93, KN-92