İnflamatuvar bağırsak hastalıklarında aktivasyonun fenotipinin moleküler düzeyde belirlenmesi
Determination of the activation phenotype at the molecular level in inflammatory bowel diseases
Yazar: ESENGÜL GİRGİN
Danışman: PROF. DR. ENDER BERAT ELLİDOKUZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Tıp Fakültesi / İç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: İç Hastalıkları = Internal diseases
Dizin: Crohn hastalığı = Crohn disease ; Fenotip = Phenotype ; Kolit-ülseratif = Colitis-ulcerative ; Moleküler yapı = Molecular structure ; İnflamatuar bağırsak hastalıkları = Inflammatory bowel diseases ; İntestinal hastalıklar = Intestinal diseases

Özet:
Amaç: İnflamatuvar bağırsak hastalıkları (İBH) relaps ve remisyonlarla seyreden gastrointestinal sistemin kronik inflamatuvar hastalıklarıdır. Hastalığın gelişiminde genetik yatkınlık, çevresel faktörler, mikrobiyota ve immünolojik faktörlerin etkili olduğu düşünülmektedir. Remisyondaki hastalarda hastalık aktivasyonunu tetikleyen faktörlerle ilgili yeterince veri bulunmamaktadır. Çalışmamızda İBH'da aktivasyona neden olan faktörlerin saptanması ve bu faktörlerin moleküler mekanizmalarının aydınlatılması amaçlanmıştır. Buna ek olarak İBH ile ilişkili olabilecek gen ve proteinler ve bu genlerin rol aldığı yolakların belirlenmesi ve İBH için yeni tanı ve tedavi hedeflerinin saptanması amaçlanmıştır. 
Gereç ve yöntem: İBH aktivasyonunu etkileyen faktörleri saptamak için hastalara anket uygulanmış, anket verileri SPSS ile analiz edilmiştir. Anlamlı çıkan sonuçlar için lojistik regresyon analizi yapılmıştır. p <0,05 istatistiksel açıdan anlamlı kabul edilmiştir. Bunlara ek olarak GEO (Gene Expression Omnibus) veri tabanından İBH tanılı hastaların ve sağlıklı kolon doku örneklerinin mikroarray veri setleri indirilmiştir. Veri setleri, Rstudio programında işlenerek ekspresyonu farklılaşmış genler (DEG) tespit edilmiştir. Bu DEG'lerin Kyoto Genler ve Genomlar Ansiklopedisi (KEGG) ile zenginleştirilmiş yolak analizleri yapılmıştır. Saptanan DEG'lerin protein-protein etkileşimi STRİNG veri tabanı ile analiz edilmiş, CYTOSCAPE ile protein-protein etkileşim ağı görselleştirilmiştir.
 Bulgular: İnflamatuvar bağırsak hastalığında aktivasyona neden olabilecek faktörler değerlendirildiğinde; kadın cinsiyet (p=0,015), kış mevsimi (p=0,022), alkol tüketimi (p=0,002), antibiyotik kullanım sıklığı (p=0,017), fiziksel aktivite (p=0,013), stres (p=0,015), mevsim değişimi (p=0,007), uyku kalitesi (p=0,001), turşu-sirke tüketimi (p=0,016) ve lifli gıda tüketimi (p=0,035) arasında istatistiksel açıdan anlamlı bir ilişki saptanmıştır. Fiziksel aktivite yapmamak(p=0,005) (OR:5,43 %95 güven aralığı, 1,6-18,43), kötü uyku kalitesi (p=0,005) (OR:3,49 %95 güven aralığı 1,44-8,44), NSAİİ kullanımı (p=0,05) (OR:2,89 %95 güven aralığı 1-8,39), mevsim değişimi etkisi (p=0,008) (OR:5,11 %95 güven aralığı 1,5-17) hastalık aktivasyonuyla ilgili bağımsız değişkenler olarak saptanmıştır. İBH'da gen ekspresyon analizleri yapılarak, ekspresyonu en fazla artış gösteren on DEG; LCN2, MMP1, MMP3, CHI3L1, DEFA6, DUOX2, SLC6A14, REG1B, DEFA5, REG1A saptanmıştır. DEG'ler KEGG yolakları ile zenginleştirme analizi yapıldığında, İBH ile en çok ilişkinin İL-17 sinyal yolağı, romatoid artrit yolağı ve TNF sinyal yolağında olduğu izlenmiştir.

 Sonuç: İBH'nın aktivasyonu için bağımsız değişkenler olarak fiziksel aktivite, mevsim değişimi, NSAİİ kullanımı ve kötü uyku kalitesi anlamlı saptanmıştır. Bu faktörlerin moleküler mekanizmaları incelenmiş, uyku ile ilişkili olduğu düşünülen serotonerjik sinaps yolağında bulunan TPH1 geni İBH'da azalmış ekspresyon göstermiştir. NSAİİ kullanımı ile ilişkili olabileceği düşünülen araşidonik asit metabolizması yolağı incelenmiştir. Bu yolakta rol alan genlerden EPHX2 geninin ekspresyonunda azalma, PTDGS ve PLA2G2A genlerin ekspresyonlarında artma izlenmiştir. Diğer faktörlerin İBH aktivasyonundaki etkilerinin moleküler mekanizmaları saptanamamıştır. İBH'da ekspresyonu farklılaşmış on gen tespit edilmiştir. Bu genlerle ilgili yapılacak ileri çalışmalar ve moleküler analizler, İBH'nın tanısında biyobelirteç olarak kullanılabilecek gen ve proteinlerin saptanması ile yeni tedavi hedeflerinin belirlenmesine katkı sağlayacaktır. 

 Anahtar kelimeler: İnflamatuvar bağırsak hastalığı (İBH), ülseratif kolit (ÜK), crohn hastalığı (CH), hastalık aktivasyonu

Abstract:
Objective: Inflammatory bowel diseases(IBD) are chronic inflammatory diseases of the gastrointestinal tract with relapses and remissions. Genetic predisposition, environmental factors, microbiota and immunological factors are thought to be effective in the development of the disease. There are insufficient data on the factors that trigger disease activation in patients in remission. In our study, we aimed to determine the factors that cause activation in IBD and to elucidate the molecular mechanisms of these factors. In addition, it was aimed to identify genes and proteins that may be associated with IBD and the pathways in which these genes are involved, and to identify new diagnostic and therapeutic targets for IBD.
 Material and Method: A questionnaire was applied to the patients to determine the factors affecting IBD activation, and the questionnaire data were analyzed by SPSS. Logistic regression analysis was performed for significant results. p <0.05 was considered statistically significant. In addition, microarray datasets of patients with IBD and healthy colon tissue samples were downloaded from the GEO (Gene Expression Omnibus) database. The datasets were processed in the RStudio program to identify genes with differentiated expression (DEG). Enriched pathway analyzes of these DEGs were made with the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). The protein-protein interaction of the detected DEGs was analyzed with the STRING database, and the protein-protein interaction network was visualized with CYTOSCAPE.

 Results: When the factors that can cause activation in inflammatory bowel disease are evaluated; A statistically significant relationship was found between disease activation and female gender (p=0.015), winter season (p=0.022), alcohol consumption (p=0.002), frequency of antibiotic use (p=0.017), physical activity (p=0.013), stress (p=0.015), seasonal change (p=0.007), sleep quality (p=0.001), pickle-vinegar consumption (p=0.016), and fiber-rich food consumption (p=0.035). Not doing physical activity (p=0.005) (OR:5.43, 95% confidence interval, 1.6-18.43), poor sleep quality (p=0.005) (OR:3.49, 95% confidence interval 1.44 -8.44), NSAID use (p=0.05) (OR:2.89 95% confidence interval 1-8.39), seasonal change effect (p=0.008) (OR:5.11 95% confidence interval 1.5-17) were identified as independent variables related to disease activation. By performing gene expression analysis in IBD, the ten DEGs with the highest expression increase; LCN2, MMP1, MMP3, CHI3L1, DEFA6, DUOX2, SLC6A14, REG1B, DEFA5, REG1A were detected. When the enrichment analysis of DEGs with KEGG pathways was performed, it was observed that the most association with IBD was in the IL-17 signaling pathway, rheumatoid arthritis pathway and TNF signaling pathway.

 Conclusion: Physical activity, seasonal change, NSAID use, and poor sleep quality were found to be significant as independent variables for the activation of IBD. The molecular mechanisms of these factors were examined, and the TPH1 gene in the serotonergic synapse pathway, which is thought to be associated with sleep, showed decreased expression in IBD. The arachidonic acid metabolism pathway, which is thought to be related to NSAID use, was investigated. A decrease in the expression of the EPHX2 gene, one of the genes involved in this pathway, and an increase in the expression of the PTDGS and PLA2G2A genes were observed. The molecular mechanisms of the effects of other factors on IBD activation have not been determined. Ten genes whose expression is differentiated in IBD have been identified.  Further studies and molecular analyzes of these genes will contribute to the identification of genes and proteins that can be used as biomarkers in the diagnosis of IBD and to the determination of new therapeutic targets.

 Keywords: Inflammatory bowel disease (IBD), ulcerative colitis (UC), Crohn's disease (CD), disease activation