İn Vitro Spinal Muscular Atrophy (SMA) modelinde sodyum bütirat etken maddesinin moleküler mekanizmasının araştırılması
Investigation of the molecular mechanism of sodium butyrate in In Vitro Spinal Muscular Atrophy (SMA) model
Yazar: NAZLICAN YÜREKLİ
Danışman: PROF. DR. ÜLKAN KILIÇ
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Hamidiye Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı / Tıbbi Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology

Özet:
Spinal müsküler atrofi (SMA), genetik kökeni olan nadir bir kas hastalığıdır. Bu hastalık, omurilikteki motor nöronların kaybına neden olur ve sonuç olarak kasların güçsüzleşmesi ve atrofisiyle karakterizedir. SMA, genellikle bebeklikten çocukluğa kadar yaşamların erken dönemlerinde belirgin hale gelir ve ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir. SMA'nın temel nedeni, SMN1 (Survival Motor Neuron 1) genindeki fonksiyon kaybına neden olan mutasyonlar veya delesyonlardır. Bu hastalık, SMN1 geninden üretilen SMN protein aktivitesinin bozulması ile kendini gösterir ve bu durumdan en büyük zararı motor nöronlar görür. 
SMN proteini, nükleus içindeki RNA işleme, RNA taşıma ve protein sentezi süreçlerinde kritik roller üstlenir. SMN proteini, spliceozom adı verilen bir RNA-protein kompleksinin yapısına katkıda bulunarak, ön-mRNA'nın uygun şekilde kesilip düzenlenmesini sağlar. Bu işlem, hücre içindeki gen ekspresyonunun düzenlenmesi ve proteinlerin işlevsel formlarının oluşturulması için gereklidir (2).
SMN proteini, sitoplazmada ribonükleoprotein (RNP) granüllerinin oluşumunda da önemli bir rol oynar. RNP granülleri, hücre içinde belirli RNA molekülleri ve ribozomları organize ederek protein sentezini düzenler. Motor nöronlar, uzun hücreler olduklarından ve uçlarından aksonlar aracılığıyla kaslara sinyaller göndermeleri gerektiğinden, yoğun RNA ve protein sentezi ihtiyacı duyarlar. Dolayısıyla, SMN proteini motor nöronların sağlığı ve işlevselliği için hayati önem taşır (1).
Günümüzde birçok bilim insanı laboratuvarlarda bu hastalığı daha iyi anlayabilmek ve tedavi geliştirebilmek için farklı perspektifler üzerinde çalışmaktadır. Bazı önemli çalışmalar hastalardan alınan fibroblast dokusu üzerinde yapılarak, bazıları ise nöron benzeri hücreleri üzerinde SMN1 genini susturarak hastalığın moleküler mekanizması anlamaya çalışmaktadır (22). Fakat bu çalışmaların hiçbiri tam bir motor nöron elde edemediği gibi moleküler olarak da hastalığın progresyonunu taklit edemediğinden elde edilen sonuçlar başta umut verici olsa da sonrasında geliştirilmesi gereken kısımlar içermektedir. 

    Bu tez çalışmasında insan kemik iliği kök hücresinde önce SMN1 geni susturulmuş, ardından bu kök hücreler motor nörona farklılaştırılmıştır. Bu çalışma hem kök hücreden motor nöron elde edebilme, hem de gen susturulduktan sonra motor nörona farklılaştırma yapıldığı için hastalık modeli oluşturulması açısından çok kıymetli bir değer taşır. Geleceğe yönelik bu çalışmalar hasta bireylerden kemik kök hücresi alınarak motor nöronlar elde etmeye ve bu sayede hastanın kendi genomuna ve moleküler profiline uygun hücre tipleri elde etmeye umut ışığı tutar. Bu teknik sayesinde hastalığın patogenezinin ilerleyişini yavaşlatma yeteneği olan etken maddeler ve moleküller bu hücreler üzerinde çalışılarak hastanın kişiselleştirilmiş bir tedavi alabilmesine ve yaşam kalitesinin artmasına vesile olabilir.

Abstract:
Spinal muscular atrophy (SMA) is a rare muscle disease with a genetic origin. Nov. This disease causes the loss of motor neurons in the spinal cord and is characterized by November weakness and atrophy of muscles as a result. SMA usually becomes apparent early in life, from infancy to childhood, and can lead to serious health problems. The main cause of SMA is mutations or deletions in the SMN1 (Survival Motor Neuron 1) gene that cause loss of function. This disease manifests itself by a disruption of the activity of the SMN protein produced from the SMN1 gene, and motor neurons suffer the greatest damage from this condition.
The SMN protein plays critical roles in the processes of RNA processing, RNA transport and protein synthesis within the nucleus. The SMN protein contributes to the structure of an RNA-protein complex called a spliceosome, ensuring that the pre-mRNA is properly cut and edited. This process is necessary for the regulation of gene expression inside the cell and the creation of functional forms of proteins (2).
The SMN protein also plays an important role in the formation of ribonucleoprotein (RNP) granules in the cytoplasm. RNP granules regulate protein synthesis by organizing certain RNA molecules and ribosomes inside the cell. Motor neurons need intensive RNA and protein synthesis, since they are long cells and need to send signals to November muscles through axons at their ends. Therefore, the SMN protein is vital for the health and functionality of motor neurons (1).
Today, many scientists are working on different perspectives in laboratories to better understand this disease and develop treatments. Some important studies are conducted on fibroblast tissue taken from patients, while others are trying to understand the molecular mechanism of the disease by silencing the SMN1 gene on neuron-like cells (22). But since none of these studies have been able to obtain a complete motor neuron, as well as molecularly mimic the progression of the disease, the results obtained are promising at first, but there are parts that need to be improved later.

In this thesis study, the SMN1 gene was first silenced in a human bone marrow stem cell, and then these stem cells were differentiated into motor neurons. This study has a very valuable value both in terms of obtaining a motor neuron from a stem cell and in terms of creating a disease model, since differentiation is made to a motor neuron after the gene is silenced. These future-oriented studies provide a glimmer of hope for obtaining motor neurons by taking bone stem cells from sick individuals and thus obtaining cell types suitable for the patient's own genome and molecular profile. Thanks to this technique, active substances and molecules that have the ability to slow down the progression of the pathogenesis of the disease can be used to study these cells so that the patient can receive personalized treatment and improve the quality of life.