Altın ve çinko oksit nanopartiküller ile etkileşen sirtuin aktivatörü piceatannol ve inhibitörü AGK2'nin anti-kanser özelliklerinin kanser hücre hatlarında araştırılması /
Yazar: RAMAZAN DEMİREL
Danışman: DOÇ. DR. ÖZKAN ÖZDEN
Kafkas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Hücre dizisi = Cell line ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Sirtuin = Sirtuin

Özet:
Kolon kanseri, dünya çapında görülen en yaygın üçüncü kanser türüdür ve kanser kaynaklı ölümlerin önde gelen nedenlerinden biridir. Gelişen teknoloji ile her geçen gün kanser tedavisi için yeni veya mevcut tedavileri güçlendirmek için çalışmalar yapılmaktadır. Bu teknolojilerden biri de nano boyuttaki maddelerin taşıyıcı özelliklerinden yararlanılarak tümörlü bölgeye ilaçların taşınmasıdır. Nanopartiküllerin en belirgin özelliklerinden biri de tümörlü bölgede birikmek ve kemoterapötik ajanın doz kaybını önlemektir. Sirtuin (SIRT) enzimleri son yıllarda kanser konusunda yoğun olarak çalışılan konulardan biri haline gelmiştir. Yedi üyesi bulunan (SIRT1-7) protein ailesi hücrede
bir dizi görevi üstlenmektedir. Bu nedenle SIRT enzimlerinin aktivitelerinin arttırılması veya azaltılması kanser tedavisi için yeni bir strateji oluşturabilir. SIRT modülatörleri bu enzimleri aktive ve inhibe edebilir. SIRT aktivitesini düzenleyebilen bu küçük moleküller, kanser de dâhil olmak üzere birçok hastalık için umut verici
terapötikler olarak kabul edilmektedir. SIRT üyeleri arasında kanser çalışmalarında en çok çalışılan enzimlerden biri de çoğunlukla sitoplazmada bulunan SIRT2'dir. Normalde sitoplazmada lokalize olan bu enzim G2/M fazında esnasında çekirdeğe
geçerek hücre döngüsünde görev aldığı düşünülmektedir. Bazı doğal ürünler, antikanser özelliklerinden dolayı son yıllarda kanseri önleme veya tedaviye takviye edici özellikleri ile ilgi görmektedir. Bu doğal ürünlerden biri de üzüm ve şarapta bulunan piceatannol'dür. Bu tez çalışmasında, bir SIRT aktivatörü olan piceatannol ile inhibitörlerinden biri olan AGK2 ile Altın (Au) veya çinko oksit (ZnO) nanopartikül (NP) ile etkileştirilerek anti-kanser özelliklerine bakıldı. Bu amaç doğrultusunda HCT116 kolon kanseri hücreleri 48 saat boyunca Au ve ZnO NPs'ler ile etkileştirilen
piceatannol ve AGK2 ile muamele edildi. Ek olarak, bu modülatörlerin verildiği hücrelerde SIRT2 ve FOXM1 proteinlerinin hücre içi yerleşimleri immunofluorasan tekniğiyle (co-immunofluorescence) belirlendi. Bu nanopartiküllerle etkileştirilen piceatannol ve AGK2'nin kanser metabolizmasında tanımlanan Warburg etkisiyle yakından ilişkili olan piruvat dehidrojenaz (PDH) ve laktat dehidrojenaz A`ya (LDHA) etki ettiği gözlemlendi. Kullanılan her iki nanopartikül ile etkileştirilen 100μM piceatannol'ün HCT116 kolon kanseri hücrelerinin koloni oluşturmasını önlediğini, 10μM AGK2'nin ise koloni sayısını azalttığı gözlemlendi. Nanopartiküllerle etkileşen piceatannol'ün PARP fragmantasyonunu arttırarak apoptoza neden olduğu görülürken, etkileşmiş AGK2'nin önemli bir değişikliğe neden olmadığı gözlemlendi. Son olarak, nanopartiküllerle etkileşen bu iki SIRT modülatörünün, HCT116 hücrelerinin DNA'ları üzerinde kırıklar oluşturduğu gözlemlendi. Sonuç olarak, özellikle piceatannol'ün HCT116 hücre hattında anti-kanser özellikler gösterdiği
belirlenmiş ve AuNP'lerle etkileştirilmesi bu SIRT modülatörünün anti-kanser özelliklerini attırmıştır. Yaptığımız bu in vitro araştırmanın, NP'ler ile etkileştirilmiş piceatannol ve AGK2'nin kanser tedavilerindeki rolünü daha iyi anlayabilmek adına yapılacak ileri in vivo çalışmalar ile desteklenmesi gerektiğini düşünmekteyiz.

Anahtar Kelimeler: Kolon kanseri, Sirtuin, SIRT2, FOXM1, Warburg Etkisi, Altın Nanopartiküller

Abstract:
Colon cancer is the third most common type of cancer worldwide and one of the leading causes of cancer-related death. With the developing technology, studies are conducted to strengthen new or existing treatments for cancer treatment day by day. One of these technologies is the delivery of drugs to the tumor region by utilizing the carrier properties of nano-sized substances. One of the most distinctive features of nanoparticles is to accumulate in the tumor area and prevent dose loss of the chemotherapeutic agent. Sirtuin (SIRT) enzymes have become one of the most studied subjects in cancer in recent years. This protein family, which has seven members (SIRT1-7), undertakes a series of tasks in the cell. Therefore, increasing or decreasing the activities of SIRTs may constitute a new strategy for cancer treatment. SIRT modulators can activate and inhibit these enzymes. These small molecules that can regulate SIRT activity are
considered promising therapeutics for many diseases, including cancer. Among the SIRT members, one of the most studied enzymes in cancer studies is SIRT2, which is mostly found in the cytoplasm. This enzyme, which is normally localized in the cytoplasm, is thought to be involved in the cell cycle by passing to the nucleus during the G2/M phase. Due to their anti-cancer properties, some natural products have attracted interest as supplements in the prevention or treatment of cancer in recent years. One of these natural products is piceatannol, which is found in grapes and wine. In this thesis, piceatannol, a SIRT activator, and AGK2, a SIRT inhibitor, were interacted with gold and zinc oxide nanoparticles and their anti-cancer properties were examined. For this purpose, HCT116 colon cancer cells were treated with piceatannol
and AGK2 interacting with gold and zinc oxide nanoparticles for 48 hours. In addition, intracellular localization of SIRT2 and FOXM1 proteins in cells given these modulators was determined by the co-immunofluorescence technique. We also
observed that piceatannol and AGK2 interacting with these nanoparticles affect pyruvate dehydrogenase (PDH) and lactate dehydrogenase A (LDHA), which are closely related to the Warburg effect defined in cancer metabolism. We observed that
100μM piceatannol interacting with both nanoparticles prevented colony formation of HCT116 colon cancer cells, while 10μM AGK2 reduced the number of colonies. While piceatannol interacting with nanoparticles caused apoptosis by increasing PARP fragmentation, no significant change was observed in interacted AGK2. Finally, we observed that these two SIRT2 modulators interacting with the nanoparticles created DNA breaks in the HCT116 cell line. As a result, it was determined that especially piceatannol showed anti-cancer properties in the HCT116 cell line and its interaction
with gold nanoparticles increased the anti-cancer properties of this SIRT modulator. In vivo studies should be performed to demonstrate the importance of these molecules in cancer therapy in the future in addition to in vitro research in this thesis.

Keywords: Colon cancer, Sirtuin, SIRT2, FOXM1, Warburg Effect, Gold Nanoparticles