Echium italicum L. bitkisinden biyoteknolojik olarak üretilen şikonin türevlerinin karakterizasyonu ve modifiye türevlerinin antitümör etkinliğinin araştırılması
Characterization of shikonin derivatives from biotechnologically produced Echium italicum L. and investigation of antitumoral activity of its modified derivatives
Yazar: MELİKE TEPE
Danışman: PROF. DR. YELDA ÖZDEN ÇİFTÇİ ; PROF. DR. DEVRİM ATİLLA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Botanik = Botany ; Kimya = Chemistry
Dizin: Biyolojik aktivite = Biological activity ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Farmasötik bitkiler = Pharmaceutical plants ; Kanser =   ; Meme kanseri =   ; Tıbbi bitkiler = Plants-medicinal

Özet:
Şikonin, Echium italicum saçak köklerinden elde edilen bir sekonder metabolittir. Bu tez kapsamında, Echium italicum L. saçak köklerinin SETIS™ biyoreaktöründe üretiminin optimizasyonun, üretilen şikonin türevlerinin izolasyonun, 
fitokimyasal karakterizasyonun yapılması, bu türevlerin metil jasmonat (MeJa) elisitörüyle üretimlerinin arttırılması, saflaştırılan şikonin türevi ve yeni modifiye türevlerin antitümör etkinliğin incelenmesi amaçlandı. Tez sonuçlarına göre, 6 sa. bir 12 dk süreyle E. italicum saçak köklerinin ilk kez SETIS™' de üretimi optimize edildi. Üç farklı kültür ortamında çoğaltılan saçak köklerin yaş ve kuru ağırlıkları, ekstrakt miktarları karşılaştırıldığında, en iyi sonuç elisitörlü 6 sa. bir 12 dk SETIS™' den elde edildi. Ardından, bitki özütlerinin silika jel kolon kromatografisinden saflaştırılan üç şikonin türevi; "deoksişikonin", "asetil şikonin (AŞK)", "izovaleril şikonin ve 2-nmetil bütiril şikonin karışımı (IVS+ MBS)" olarak belirlendi. Saflaştırılan AŞK ve modifiye türevlerinin [çift imidazol (C34) ve çift indol (C36)], MCF-7, MDA-MB231, SK-BR-3 meme kanseri ve MCF-12A meme epitel hücreleri üzerinde antitümör etkileri MTT testiyle araştırıldığında, C34' ün, AŞK molekülünden daha fazla sitotoksik etki gösterdiği; tüm moleküllerin 48 sa. inkübasyon sonrası 50 µM dozu hariç, ilk 48 saatte MCF-12A meme epitel hücrelerinde sitotoksik etki göstermediği, böylece selektif toksisisitelerinin yüksek olduğu gözlendi (p<0.001, p<0,05, p<0.01). Bu tez sonuçları doğrultusunda, modifiye AŞK moleküllerinin ilaç adayı olarak geliştirilmeleri için in vivo deneylerinin yapılması gerekmektedir.  Bu tez TÜBİTAK tarafından, KBAG- 119Z092 No'lu proje ile; tezi gerçekleştiren doktora öğrencisi ise 100/ 2000 YÖK Doktora Sürdürülebilir, Etkin Tarım öncelikli alanı ile desteklenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Şikonin, Echium italicum, sitotoksisite, SETIS™, bitki sekonder metabolitleri, antitümör

Abstract:
Shikonin is a secondary metabolite obtained from Echium italicum hairy roots. Thus, the aims of the study include the optimization of mass production E. italicum  hairy roots for the first-time production of in SETIS™ bioreactor, purification of shikonin derivatives by chromatographic methods, over-production of shikonin derivatives with inclusion of Meja elicitor, investigation of the anti-tumor activity of shikonin derivatives and novel modified shikonin derivatives. Our results showed that the highest production of E. italicum hairy roots was obtained in SETIS™ for immersion of roots 12 min in every 6 h. Inclusion of MeJa also increased the fresh and dry weights and extract amount in tested three different culture groups. In addition, three shikonin derivatives were purified by silica gel column chromatography and were characterized as "deoxy shikonin", "acetyl shikonin (ASK)", "mixture of isovaleryl shikonin and 2-n-methyl-butyryl shikonin (IVS+ MBS)". When the cytotoxic activities of purified ASK and modified new acetyl shikonin molecules [bis imidazole (C34) and bis indole (C36)] were investigated in MCF-7, MDA-MB-231, SK-BR-3 breast cancer cells, and MCF-12A breast epithelial cells by MTT test, C34 showed more cytotoxic activity than purified ASK, after 48 h incubation, except for 50 µM doses. Moreover, all molecules didn't affect MCF-12A, so it was showed that all molecules had high selective activity (p<0.001, p<0,05, p<0.01). In accordance with these results, in vivo analyses should be done to improve modified ASK molecules as candidate drugs. This thesis supported by TUBITAK (KBAG-119Z092). The PhD student is supported by 100/ 2000 YÖK Doctorate Fellowship under Sustainable Efficient Agriculture primary field.

Key Words: Shikonin, Echium italicum L., cytotoxicity, SETIS bioreactor, plant secondary metabolites