MKH, MUSE ve iPS (epizomal geri programlanmış) hücrelerinin genotoksik stres direncinin shotgun proteomik metotlarla incelenmesi
Investigation of MKH, MUSE and iPS (episomal reprogrammed) cells' genotoxic stress resistance by shotgun proteomic methods
Yazar: MUSTAFA BURAK ACAR
Danışman: PROF. DR. SERVET ÖZCAN ; PROF. DR. YUSUF ÖZKUL
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
MKH, MUSE ve iPS (EPİZOMAL GERİ PROGRAMLANMIŞ) HÜCRELERİNİN GENOTOKSİK STRES DİRENCİNİN SHOTGUN PROTEOMİK METOTLARLA İNCELENMESİ

Mustafa Burak ACAR 

Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Doktora Tezi, Ağustos 2020
Danışman: Prof. Dr. Servet ÖZCAN, İkinci Danışman: Prof. Dr. Yusuf ÖZKUL

ÖZET

Mezenkimal Kök Hücre popülasyonu içinde MUSE olarak isimlendirilen, strese dirençli ve pluripotent karakterli bir hücre grubu mevcuttur. MUSE hücrelerin direnç ve farklılaşma kapasiteleri bu hücrelerin rejeneratif tıp uygulamaları için iyi bir aday olmalarını sağlamaktadır. Pluripotent karakterli bir diğer hücre grubu da iPSC'lerdir. Geniş bir farklılaşma potansiyelleri olmalarına rağmen, teratom oluşturma özellikleri yüzünden hücresel tedavilerde tercih edilen hücreler değillerdir. Bu tez çalışmasında, MKH, non-MUSE, MUSE ve iPSC'lerin genotoksik stres karşısında davranışları incelenmiştir. Bu amaçla hücrelerin senesens, apoptoz, canlılık ve mitokondri potansiyeli parametreleri test edilmiş ve proteom analizleri LC-MS/MS ile yapılmıştır. Tanımlanan proteinler biyoinformatik araçlar ve veritabanları ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, fenotipik testler ile birlikte değerlendirilmiştir. Tez çalışmasından elde edilen bulgulara göre, MKH'ler stres karşısında senesense girerken, tamir mekanizmalarının çalıştığı ancak yeterli olmadığı gözlemlenmiştir. non-MUSE hücreler stres karşısında oldukça dirençsizlerdir. Bu hücreler stresten hemen sonra apoptoza girmiş ve katabolik sürece başlamışlardır. MUSE hücreler ise stres karşısında etkili tamir mekanizmaları ile direnç göstermiş ve bulundukları popülasyonun rejenerasyonunu sağlayabilecek molekülleri ifade etmişlerdir. Çalışmada kullanılan iPSC'ler ise stres karşısında hasar tamir mekanizmalarını çalıştırırken, bu hücreleri geri-programlarken kullanılan moleküllerin oluşturduğu, kontrol noktası yetersizliği, hücrelerin hasar tamirinde başarılı olmasını engellediği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak hücresel tedavide kullanılan MKH'lerin MUSE hücrelere zenginleştirilmesinin ya da MUSE hücrelerin bu uygulamalarda kullanılmasının tedavilerin başarısı açısından olumlu olacağı fikri oluşmuştur.
Anahtar Kelimeler: MKH, MUSE Hücre, iPSC, Proteom, Genotoksik Stres, Senesens, Apoptoz

Abstract:
INVESTIGATION of MKH, MUSE and iPS (EPISOMAL REPROGRAMMED) CELLS' GENOTOXIC STRESS RESISTANCE BY SHOTGUN PROTEOMIC METHODS

Mustafa Burak ACAR
Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences
Doctoral Thesis, August 2020
Advisor: Dr. Servet ÖZCAN, Second Advisor: Dr. Yusuf ÖZKUL

ABSTRACT

The heterogenous population of Mesenchymal Stem Cells (MSCs) holds a group of pluripotent and stress resistant cells which is called MUSE. The stress resistance and differentiation capacity make MUSE cells a suitable candidate for regenerative medicine applications. iPSCs, pluripotent cells with a wide range of differentiation potential, are not preferred in cellular therapies because of their teratoma-forming propensity. In this thesis, the response of MSCs, MUSE, non-MUSE and iPSCs to genotoxic stress were investigated. The stress response phenotype of those cells was evaluated using senescence, apoptosis, viability and mitochondrial membrane potential assays. In addition, we profiled the genotoxic stress-induced changes in the proteome of those cells using shotgun proteomics approach. The identified proteins were examined using variety of bioinformatics tools and databases and obtained proteomics data were evaluated together with the results of phenotypic assays. MSCs entered senescence upon genotoxic stress, which suggest that those cells may not be able repair DNA effectively despite the activation of DNA repair mechanisms. Non-MUSE subpopulation of MSC entered apoptosis immediately after stress and activated the catabolic processes. MUSE cells resisted to stress with effective DNA repair mechanisms and expressed proteins that are essential for regeneration of the population in which they are located. While the iPSCs were activated damage repair mechanisms against stress, and enriched in ontologies and pathways that are related to cell division. This could be due to the over-expression of transcripton factors used in reprogramming of cells which might cause deficiency in check points. As a summary, enrichment of MUSE cells in MSC population or use of MUSE cells in clinical application would be beneficial for the success of the treatments.
Keywords: MSC, MUSE, iPSC, Proteom, Genotoxic Stress, Senescence, Apoptosis