Metabolom ve transkriptom profillemesi ile insan kemik iliğinde hematopoetik niş karakterizasyonu
Characterization of hematopoietic niches in human bone marrow with metabolome and transcriptome profiling
Yazar: SELDA AYHAN
Danışman: PROF. DR. RIZA KÖKSAL ÖZGÜL
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyoistatistik = Biostatistics ; Genetik = Genetics ; Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları = Child Health and Diseases
Dizin: Hematopoetik kök hücreler = Hematopoietic stem cells ; Kemik iliği = Bone marrow ; Kök hücreler = Stem cells ; Kütle spektroskopisi = Mass spectroscopy ; Transkripsiyon-genetik = Transcription-genetic ; İnsan kökenli biyolojik maddeler = Biological materials of human origin

Özet:
Model organizmalar ve hayvan deneylerinde, kemik iliğinde hematopoetik kök hücrelerin (HKH)/projenitörlerin özel organizasyonlarının olduğu ve bu organizasyonu niş adı verilen özel mikroçevreleri aracılığıyla sağladıkları gösterilmiştir. Bu çalışmalara göre HKH nişinde endosteal niş ve vasküler niş olmak üzere iki farklı niş olduğu bilinmektedir. Bu çalışma sağlıklı insan kemik iliğinde farklı nişlerin varlığının araştırılması ve karakterizasyonu amacıyla yapılmış olup, bu alanda ilk olma özelliği taşımaktadır. Çalışmamızda sağlıklı insan kemik iliğinde nişlerin varlığı omiks teknolojileri kullanılarak araştırılmıştır: transkriptomiks profillemede RNA-Seq, metabolomiks profillemede GC-MS tekniği kullanılmıştır. Bu amaçla çalışmamızda sağlıklı donörlerinin iki farklı kemik iliği bölgesinden (endosteal bölge=Niş1 ve vasküler bölge=Niş2) alınan kemik iliği örneklerinden plazma ve mezenkimal kök hücreler izole edililerek, karşılaştırmalı analizler ile nişlerin karakterizasyonu yapılmıştır. Niş1 ve Niş2 karşılaştırmalı RNA-Seq analizi sonucunda farklı eksprese olan 54 gen tanımlanmıştır (p<0,05). GC-MS analizi ile Niş1 ve Niş2'de enerji metabolizması ve sfingozin metabolizmasıyla ilişkili metabolitlerin farklı seviyeleri tespit edilmiştir (p<0,05). Bulgularımız bugüne kadar teorik olarak bildiğimiz; kemik iliğinde farlıklaşmamış HKH'lerin hipoksik olduğu bilinen endosteal bölgede (Niş1) farklılaşmadan sessiz kaldıklarını ancak stres yada nörotransmiterler aracılı bir uyaran olduğunda Niş2 olarak adlandırdığımız vasküler bölgeye göç ettikleri bilgisini destekler niteliktedir. Bulgularımız, çalışmamızda ilk defa kullandığımız farklı kemik iliği nişlerinden örnek toplama tekniğimizin de uygulanabilirliğini doğrulamıştır. Bu çalışma ile insan kemik iliğinde farklı nişlerin varlığına dair teorik hipotezler omiks teknolojileri ile test edilerek bu nişlere ait moleküler belirteçler literatüre referans olacak şekilde ilk kez tanımlanmıştır.

Abstract:
In model organisms and animal experiments, it has been shown that hematopoietic stem cells (HSC) in bone marrow have special organizations and they provide this organization through special microenvironment called niche. According to these studies, it is known that in HSC niche there are two different niches including endosteal and vascular niche. This study is conducted to investigate and characterization of presence of different niches in the bone marrow of healthy people, it carries the first of its kind in this area. In this study, the presence of niches in healthy human bone marrow was investigated using omics technologies: transcriptomics using the RNA-Seq technique and metabolomics using GC-MS technique. For this purpose, in this study it has been made comparative analysis with niche characterization, isolating plasma and mesenchymal stem cells from bone marrow samples taken from two different bone marrow areas (endosteal area=Niche1 and vascular niche=Niche2) of healthy donors. 54 differentially expressed genes were identified as a result of Niche1 and Niche2 comparative RNA-Seq analysis (p<0,05). It was determined different levels of metabolites associated with energy metabolisms and sphingosine metabolism in Niche1 and Niche2 with GC-MS analysis (p<0,05).Our results so far as we know theoretically support the information that undifferentiated HSCs in the bone marrow remain silent without differentiation in endosteal area (Niche1) known as hypoxic but when there is a stimulus mediated stress or neurotransmitters they migrated to the vascular area (Niche2). These findings are also confirmed feasibility of specimen handling technique from different bone marrow niches that we use for the first time in our study. In this study, theoretical hypotheses on the presence of different niche in the human bone marrow was tested using omiks technologies and molecular markers belong to these niche have been identified for the first time so it will be a reference to the literature.