Jenerasyonel mikroplastik (MP) maruziyetinin oosit ve sperm epigenomu üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of generational microplastic (MP) exposure on oocyte and sperm epigenome
Yazar: BURCU AKBEYAZ
Danışman: PROF. DR. SERPİL TAHERİ
Erciyes Üniversitesi / Gevher Nesibe Genom ve Kök Hücre Enstitüsü  / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Genetik = Genetics ; Moleküler Tıp = Molecular Medicine

Özet:
JENERASYONEL MİKROPLASTİK (MP) MARUZİYETİNİN OOSİT VE SPERM EPİGENOMU ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI 
	Burcu AKBEYAZ	
Erciyes Üniversitesi Gevher Nesibe Genom ve Kök Hücre Enstitüsü
Yüksek Lisans Tezi, Ağustos 2023
Danışman: Prof. Dr. Serpil TAHERİ
ÖZET
Plastikler, fosil yakıtlardan veya biyokütleden elde edilen sentetik polimerlerdir ve çevreye dağıldıklarında 5 mm'den daha küçük parçalara ayrılarak mikroplastikleri (MP) oluşturmaktadırlar. İnsanlar MP'lere içme suyu, deniz tuzu ve atmosferde doğrudan veya dolaylı olarak besin zinciri yoluyla çok fazla maruz kalmaktadırlar.  MP maruziyetinin oksidatif strese, sitotoksisiteye, ayrıca diğer dokulara transloke olarak kronik inflamasyona neden olduğu gösterilmiştir. Uzun süren oksidatif stres ve inflamasyon epigenetik mekanizmaların regülasyonunu değiştirmektedir. Stabil epigenetik mekanizmalardan biri olan DNA metilasyonunu kuran enzimler DNA metiltransferaz'lardır. Bu genlerin mRNA seviyelerindeki değişiklikleri, DNA metilasyon haritasının ve total gen ekspresyon profilinin değişimine neden olur ve bu değişim sperm ve oosit hücrelerine yansırsa gelecek nesiller üzerine birtakım etkileri olabilir. Bu çalışmada farelerde MP maruziyetinin metabolik ve davranışsal parametrelerle birlikte oosit ve spermde epigenetik kalıtım mekanizmalarından biri olan DNA metilasyonunu düzenleyen (Dnmt1, Dnmt2, Dnmt3A, Dnmt3B ve Dnmt3L) enzimlerinin gen ekspresyon seviyeleri üzerine etkisinin olup olmadığının araştırılması amaçlanmıştır. 
Bu amaçtan yola çıkarak farelerin (F0 jenerasyonu) gebe kalması ile birlikte iki farklı dozda (%0.1 ve %1) MP içeren yemler ile C57BL6 erkek ve dişi fareler beslenmeye başlanmış, doğan fareler (F1) aynı şekilde beslenmeye devam edilmiş, 2 aylık olana kadar metabolik parametreleri takip edilmiş ve 2 aylık olduklarında öğrenme, hafıza ve sosyalleşme ile ilgili davranış deneyleri uygulandıktan sonra sperm ve oosit hücreleri toplanmıştır. Toplanan sperm ve oosit hücrelerinden RNA izolasyonu yapıldıktan sonra Dnmt1, Dnmt2, Dnmt3A, Dnmt3B ve Dnmt3L genlerinin ekspresyon seviyeleri belirlenmiştir. 
Elde ettiğimiz sonuçlara göre MP maruziyeti düşük dozda dahi metabolik parametreleri, davranış fenotipini ve sonraki nesile aktarılan genomun regülasyonunu değiştirmektedir. Bu sonuçlar literatürde ilk defa giderek artan MP maruziyetinin zamanla jenerasyonlar üzerine etkisinin giderek artacağını, bugün nedeni bilinmeyen ve ailesel olarak geçişi tespit edilen metabolizma ile ilişkili olan obezite, Tip 2 diyabet, kardiyovasküler hastalıklar, davranış ve bilişsel fonksiyonlardaki değişiklikler ile ilişkili olan otizm, dikkat eksikliği, demans, Alzheimer, psikiyatrik hastalıklar gibi birçok hastalığın nedeni olabileceğini işaret etmektedir. 

Anahtar Kelimeler: Epigenetik; Maruziyet, Mikroplastik (MP); Sperm, Oosit.

Abstract:
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF GENERATIONAL MICROPLASTIC (MP) EXPOSURE ON OOCYTE AND SPERM EPIGENOME 
Burcu AKBEYAZ
Erciyes University, Gevher Nesibe Genome and Stem Cell Institute
Master Thesis, August 2023
Supervisor: Prof. Dr. Serpil TAHERİ
ABSTRACT

Plastics, derived from fossil fuels or biomass, break down into microplastics (MP) under 5 mm in size when they disintegrate in the environment.  Humans are extensively exposed to MPs through soil, water, air, and food. It has been demonstrated that MP exposure leads to oxidative stress, cytotoxicity, and chronic inflammation. Prolonged oxidative stress and inflammation alter the regulation of epigenetic mechanisms. DNA methylation is a stable epigenetic mechanism and is catalyzed by DNA methyltransferases (DNMTs). Changes in the mRNA expression levels of these genes can alter the DNA methylation patterns and the overall gene expression profile, if these alterations are transmitted to sperm and oocytes, they could affect future generations. This study aims to investigate the impact of MP exposure on the gene expression levels of Dnmts (Dnmt1, Dnmt2, Dnmt3A, Dnmt3B, and Dnmt3L) along with metabolic and behavioral parameters, in mice. 
In this study, C57BL6 male and female mice (F0 generation) were fed diets containing 0,1% and 1% MP upon pregnancy, and the offspring (F1) were fed similarly. Metabolic parameters were monitored until they reached the age of 2 months, behavioral experiments related to learning, memory, and sociability were conducted, and sperm and oocytes were collected. After RNA isolation from the samples, Dnmt1, Dnmt2, Dnmt3A, Dnmt3B, and Dnmt3L gene expression levels were determined.
Our results showed even low-dose exposure to MP can alter metabolic parameters, behavioral phenotypes, and the regulation of the genome transmitted to subsequent generations. These results demonstrate, for the first time in the literature, that the impact of increasing MP exposure is likely to escalate across generations. Furthermore, they indicate a potential association between conditions such as obesity, type 2 diabetes, and cardiovascular diseases, and neuropsychiatric conditions such as autism, dementia, and Alzheimer's, currently of unknown etiology but with identified familial transmission and MP exposure. 

Keywords: Epigenetics; Exposure; Microplastic (MP); Oocyte; Sperm