ICAM-1 proteinine karşı DNA aptamerlerinin geliştirilmesi
Development of DNA aptamers against ICAM-1 protein
Yazar: DENİZ YİĞİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH TAHİR BAYRAÇ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
ICAM-1, endotelyal ve epitel hücreleri, vasküler düz kas hücreleri ve bazı lökosit alt kümeleri gibi çok sayıda hücre tipinin hücre yüzeyinde ifade edilen, insanlarda ICAM-1 geni tarafından kodlanan ve immünoglobulin süper ailesine ait bir transmembran glikoproteinidir. ICAM-1, endotel hücrelerinde ve bazı lenfositler ve monositler üzerinde yapısal olarak düşük seviyelerde ifade edilmesine rağmen, sitokinlerin ve reaktif oksijen türlerinin varlığında ekspresyonu önemli ölçüde artmaktadır. ICAM-1, hayatta kalma, göç, ekstravazasyon, ve metastaz gibi kansere bağlı biyolojik süreçleri mümkün kılar. ICAM-1 çeşitli kanser hücrelerinde ifade edilir ve ifade edilen ICAM-1'in göğüs, akciğer gibi kanser türleri için potansiyel bir biyobelirteç olduğu düşünülmektedir. Kanser büyük bir halk sağlığı sorunudur ve metastatik kanser, kanser ölümlerinin büyük bir çoğunluğunu oluşturur. Erken tanı ve uygun metastatik kanser tedavisi, sağkalım oranını büyük ölçüde uzatabilir ve hastalar için yaşam kalitesini artırabilir. Hücre yüzey proteinleri hücrelerin ilk erişilebilir bölümleri olduğundan, nispeten kolaylıkla tespit edilebilir. Bu nedenle, hücre yüzeyi biyobelirteçleri kanserin aşamasının erken ve kolay saptanması, farklılaşması ve belirlenmesi için uygundur. Aptamerler yüksek afinite ve seçicilik özelliklerine sahiptir. Kimyasal bileşikler, proteinler, hücreler gibi geniş hedef yelpazesine yüksek bir etkinlik ve özgünlük ile bağlanabilen tek zincirli kısa oligonükleotit dizileridir. Yapılan çalışmalarda moleküler tanı ve tedavilerde kullanımlarında yüksek potansiyele sahip oldukları belirtilmiştir. Bu çalışmada da ICAM-1 aracılığıyla metastazı engellemek için, Protein-SELEX yöntemini kullanarak ICAM-1'a yüksek etkinlik ve özgünlükte bağlanabilen aptamer dizileri geliştirilmiştir. 10 turluk protein-SELEX ve sonrasında zenginleşen dizileri belirlemek için yeni nesil dizileme yapılmıştır. En çok tekrar eden aptamerlerin arasında üç aday aptamer (BD-10-1, D-10-2 ve D10-3) seçilmiş ve Kd değerleri hesaplanmıştır. Bu aday aptamerler, CHO-ICAM-1 hücresine yüksek özgüllük göstermiştir fakat negatif seçilim için kullanılan MIA PaCa-2 hücresine yüksek bir bağlanma afinitesi göstememiştir.

Abstract:
ICAM-1 is a transmembrane glycoprotein of immunoglobulin superfamily that is coded by ICAM-1 gene in humans and expressed on cell membranes of various cell types such as endothelial and epithelial cells, vascular smooth muscle cells, and some leukocyte subgroups.  Although ICAM-1 is expressed in low levels on endothelial cells, some lymphocytes and monocytes, the expression levels increase significantly in presence of cytokines and reactive oxygen species. ICAM-1 enables cancer related biological processes like survival, migration, invasion and extravasation. ICAM-1 is expressed in various cancer cells and it is thought to be a potential biomarker for lungs and breast cancers. Cancer is an important public health problem and metastatic cancer leads to majority of cancer deaths. Early diagnosis and appropriate metastatic cancer therapies could prolong survival on a large scale and improve life quality. Cell membrane proteins are considered to be targeted easier since they are on the first part that could be reached.  For that reason, cell membrane biomarkers are suitable for early and simple diagnosis of cancer, stages of cancer, and malignant transformation. Aptamers have properties of high affinity and selectivity for their targets. They are single stranded oligonucleotide sequences that can bind to large scale of targets involving chemical compounds, proteins and cells, effectively and specifically. In recent studies, it was shown that they have a very high potential in use of molecular diagnoses and therapies.  In this study, highly effective and specific aptamer sequences for ICAM-1 were generated with protein-SELEX method in order to prevent metastasis. Next generation sequencing was utilized to determine enriched sequences at the end of a 10 cycle protein-SELEX. Three aptamer candidates (BD-10-1, D-10-2 and D10-3) were selected from the most repeated sequences and Kd values were calculated. The aptamer candidates show high affinity to CHO-ICAM-1 cells but low affinity to negative control cell line MIA PaCa-2.