Makrofajların mekanoimmünitesi ile meme kanseri arasındaki karşılıklı etkilerin multi-omik teknikler kullanılarak karşılaştırmalı incelenmesi
A comparative investigation on the reciprocal influence between mechanoimmunity of macrophages and breast cancer by utilizing multi-omics techniques
Yazar: BUSE SARI
Danışman: DOÇ. DR. BURAK DERKUŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Hyalüronik asit = Hyaluronic acid ; Makrofajlar = Macrophages ; Meme neoplazmları = Breast neoplasms

Özet:
Bu çalışmada, değişen mekanik özelliklere sahip hyaluronik asit hidrojellerinden oluşan hücre dışı matris modeli aracılığıyla makrofajların moleküler fenotipini yeniden şekillendirerek mekanoimmünitesinin ayarlanması ve meme kanseri immün mikro çevresindeki etkilerinin karşılıklı olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Makrofajlar (RAW 264.7), çeşitli boyutlarda (2-boyutlu ve 3-boyutlu) ve matris sertliğinde hyaluronik asit-tiramin (HA-Tyr) hidrojelleri ile kültürlendi. Daha sonra, insan meme kanseri hücre dizisi olan MCF-7 ile meme kanseri tümör sferoidleri oluşturularak, bu sistemle eş-kültür sistemiyle etkileştirildi. Bu bağlamda, ilgili gen ekspresyon analizleri, transkriptom analizi ve metabolom analizi ile karşılaştırmalı olarak analiz edildi. Sonucunda, makrofaj mekanoimmünitesi ve mekanoimmünitenin meme kanseri ile ilişkisi ayrıntılı olarak incelendi. Makrofaj mekanotransdüksiyonu, YAP, -aktin immünofloresan boyama, ayrıca mekanotransdüksiyon, immün yanıtlar ve mekanoimmünite ile ilgili genler kullanılarak gen ekspresyon analizi yoluyla incelendi. Karşılıklı olarak, MCF-7 tümör sferoidlerinde tümör baskılayıcı, metastaz ve epitelyal-mezenkimal geçişle ilişkili genler, makrofajların mekanik olarak indüklenen mekanoimmünitesinin tümör oluşumu üzerindeki etkisi gösterildi. Hem makrofajlarda hem de MCF-7 tümör sferoidlerinde metabolik yeniden programlama, metabolom profillemesi ile ayrıca değerlendirildi. Meme kanseri tümör mikro çevresinin matris sertliği ve boyutsallığı gibi biyomekanik özelliklerinin hem makrofajların mekanoimmünitesi hem de meme kanseri tümör sferoidlerinde değişikliklere katkıda bulunduğu ortaya çıkarıldı. Ayrıca sert HA-Tyr hidrojel substratları üzerine kültürlenen makrofajlarda gen ifadelerinin ve metabolik yeniden programlamanın, meme kanseri tümör sferoid modellerinde anti-tümör etkileri ile pro-inflamatuar polarizasyon gösterildi. Bu sonuçlar, meme kanserinde tümör nişi biyomekanik özelliklerinin, makrofajların mekanoimmünitesini ve de meme kanseri hücrelerinin tümörijenezini fiziksel olarak düzenleyebileceğini desteklemektedir.

Abstract:
In this thesis, the purpose of the study was tuning the mechanoimmunity of macrophages and investigating their role in breast cancer microenvironment, reciprocally. By remodeling the molecular phenotype of macrophages through an extracellular matrix model with changing physical properties, mechanoimmunity of macrophages was tuned biomechanically. Macrophages (RAW 264.7) were cultured with different hyaluronic acid-tyramine (HA-Tyr) hydrogels in varied dimension (2-dimensional and 3-dimensional) and matrix stiffness. Afterwards, human breast cancer cell line (MCF-7)-derived tumor spheroids were co-cultured with this system. The results were analyzed comparatively with related gene expressions, transcriptomics, and metabolomics. Macrophage mechanoimmunity and its relation with breast cancer were analyzed in detail. Macrophage mechanotransduction was examined by immunofluorescent staining for YAP, -actin, gene expression analysis for mechanotransduction and mechanoimmunity-related genes, as well as immune responses by qRT-PCR. Reciprocally, genes involved in tumor suppression, metastasis and epithelial-mesenchymal transition in MCF-7 tumor spheroids were analyzed to reveal the effect of mechanoimmunity of macrophages on the tumorigenesis. Metabolic reprogramming in both macrophages and MCF-7 tumor spheroids were further assessed with metabolomics. Considering the results, it can be concluded that the biomechanical properties of breast tumor microenvironment such as matrix stiffness and dimension contribute to changes in mechanoimmunity of macrophages and tumor spheroids, reciprocally. We further show that gene expressions and metabolic reprogramming in macrophages cultured on stiff HA-Tyr hydrogels demonstrate pro-inflammatory polarization with anti-tumoral effects in breast cancer tumor spheroid models. These results indicate that biomechanical cues of breast cancer tumor niche can co-regulate mechanoimmunity of macrophages and tumorigenesis of breast cancer cells.