Glutaminoliz ve glikolizin inhibisyonlarının meme kanseri hücre modelinde antikanser etkilerinin araştırılması
Investigation of anticancer effects of inhibitions of glutaminolysis and glycolysis in A breast cancer cell model
Yazar: ZEYNEP ÖZİLERİ
Danışman: PROF. DR. CUMHUR GÜNDÜZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BESRA ÖZMEN YELKEN
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Enerji metabolizması = Energy metabolism ; Glikoliz = Glycolysis ; Glutamin = Glutamine ; Glutaminaz = Glutaminase ; Glükoz = Glucose ; Meme hastalıkları = Breast diseases ; Meme neoplazmları = Breast neoplasms ; Neoplazmlar = Neoplasms

Özet:
Kanser, kontrolsüz hücre büyümesi ve proliferasyon ile karakterize, karmaşık ve heterojen özellikler gösteren çok aşamalı bir hastalıktır. Kanser türleri köken aldıkları organ veya dokuya göre farklılıklar göstermekte ve bu farklılıklar da hücre tipine göre farklı prognoz, terapötik hedef ve tedavi çeşitlerini gerektirmektedir. Kanser hücreleri, sağlıklı hücrelerden farklı metabolik gereksinimler gösterirler ve metabolizmalarındaki değişiklikler proliferasyona ve makro moleküllerin biyosentezine katkıda bulunmaktadır. 
Kanser hücrelerinin büyüme ve sağkalım için pek çok bileşene ihtiyaç duymasına rağmen temelde iki ana besin maddesi olmazsa olmazdır: glikoz ve glutamin. Kanser hücrelerinin değişen metabolizmalarında yüksek seviyelerde glutamin tüketimi gözlemlenmektedir. Kanser tedavisinde glutamin metabolizmasını hedefleyen çalışmalarda Glutaminaz 1 ile ilgili farklı kanser türlerinde pek çok çalışma yapılmış ve GLS1'in sağkalım ve büyümeyi desteklediği öne sürülmüştür. Ancak, glutaminaz izoformu Glutaminaz 2'nin (GLS2) kanser hücrelerindeki rolü hala belirsizdir. Glutaminazın inhibisyonunda kullanılan en etkili bileşen BPTES çeşitli kanser türlerinde diğer inhibitörlere kıyasla üstün performans göstermektedir. 
Glutamin metabolizmasının yanı sıra glikoliz metabolizması da kanser hücrelerinde oldukça önemlidir. Glikolizin anahtar regülatör enzimlerinden birisi olan 6-fosfofrukto-2-kinaz/fruktoz-2,6-bifosfataz (PFKFB), fruktoz-2, 6-bifosfatın (F26BP) hem sentezinden hem de degredasyonundan sorumludur. PFKFB'nin dört adet izoformu bulunmakta ve bunlar içinden en çok öne çıkan PFKFB3'tür ve birçok insan tümörlerinde aşırı ifade edilmektedir. Ayrıca PFKFB3'ün diğer izoformlara göre yüksek kinaz aktivitesi bulunmakta ve özellikle kanser tedavisinde glikolizi hedef almakta oldukça öne çıkmaktadır. PFKFB3'ün kinaz aktivitesinin küçük inhibitör moleküller ile inhibisyonu kanser tedavilerinin çalışmaları için gelecek vaat etmektedir. PFKFB3'ün spesifik inhibitörlerinden biri olan PFK15 çeşitli kanser türlerinde antitümör etkiler göstermiştir ve kanser tedavisinde kullanılabilecek potansiyel hedef olabilmektedir. 
Meme kanseri, meme epitel hücrelerindeki genetik farklılaşmalar sonucunda ortaya çıkan ve oldukça heterojen özellikler sergileyen bir hastalıktır. Tedavi genellikle cerrahi müdahale, radyasyon terapisi ve ilaç tedavilerinin kombinasyonu şeklinde uygulanmaktadır. Terapilerde, çoğu kanser çeşidinde değişkenlik gösteren hücresel metabolizma ara ürünlerini hedef alan çalışmalar son zamanlarda artmaktadır.
Kanser hücrelerinin metabolizmasında anahtar rolü olan glikoliz ve glutaminolizin, BPTES ve PFK15 ajanlarının kombinasyonu aracılı baskılanlamasıyla, meme kanseri hücre modelinde proliferasyonun inhibisyonu ve apoptozun indüklenmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda; meme kanseri hücre modelinde BPTES ve PFK15'in sitotoksisitesi belirlenecek, BPTES+PFK15 kombinasyonunun apoptoz üzerine etkileri araştırılacaktır. Ayrıca, GLS2 transkripsiyon faktörü GATA3 ve aktivatörü MYCN'nin ekspresyon seviyeleri mRNA düzeyinde belirlenecektir. Son aşamada BPTES+PFK15 kombinasyonunun meme kanseri hücre hatlarında glikoliz ve glutaminoliz mekanizmaları üzerine etkisi değerlendirilecektir. BPTES ve PFK15 kombinasyonunun meme kanseri ve daha sonrasında diğer solid kanser türlerinde de mevcut tedavilere katkıda bulunması hususunda ileri araştırmaların yapılmasına olarak sağlayabilecektir.

Abstract:
Cancer is a multistage disease characterized by uncontrolled cell growth and proliferation, with complex and heterogeneous features. Cancer types differ according to the organ or tissue they originate from, and these differences require different prognosis, therapeutic targets and treatment types according to the cell type. Cancer cells show different metabolic requirements than healthy cells, and changes in their metabolism contribute to proliferation and biosynthesis of macromolecules.
Although cancer cells require many components for growth and survival, two main nutrients are essential: glucose and glutamine. High levels of glutamine consumption are observed in the altered metabolism of cancer cells. In studies targeting glutamine metabolism in cancer treatment, many studies have been conducted on Glutaminase 1 in different cancer types and it has been suggested that GLS1 supports survival and growth. However, the role of the glutaminase isoform Glutaminase 2 (GLS2) in cancer cells is still unclear. BPTES, the most effective ingredient used in the inhibition of glutaminase, shows superior performance in various cancer types compared to other inhibitors.
In addition to glutamine metabolism, glycolysis metabolism is also very important in cancer cells. 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-biphosphatase (PFKFB), one of the key regulatory enzymes of glycolysis, is responsible for both the synthesis and degradation of fructose-2,6-bisphosphate (F26BP). There are four isoforms of PFKFB, the most prominent of which is PFKFB3, which is overexpressed in many human tumors. In addition, PFKFB3 has higher kinase activity compared to other isoforms and is particularly prominent in targeting glycolysis in cancer treatment. Inhibition of the kinase activity of PFKFB3 with small inhibitor molecules is promising for studies of cancer treatments. PFK15, one of the specific inhibitors of PFKFB3, has shown antitumor effects in various cancer types and may be a potential target that can be used in cancer therapy.
Breast cancer is a disease that occurs as a result of genetic differentiation in breast epithelial cells and exhibits highly heterogeneous features. Treatment is usually a combination of surgery, radiation therapy, and drug treatments. In therapies, studies targeting cellular metabolism intermediates, which vary in most cancer types, have been increasing recently.
It is aimed to inhibit proliferation and induce apoptosis in a breast cancer cell model by suppressing glycolysis and glutaminolysis, which have key roles in the metabolism of cancer cells, by the combination of BPTES and PFK15 agents. In accordance with this purpose; The cytotoxicity of BPTES and PFK15 in breast cancer cell model will be determined, and the effects of BPTES+PFK15 combination on apoptosis will be investigated. In addition, the expression levels of the GLS2 transcription factor GATA3 and its activator MYCN will be determined at the mRNA level. In the final stage, the effect of BPTES+PFK15 combination on glycolysis and glutaminolysis mechanisms in breast cancer cell lines will be evaluated. The combination of BPTES and PFK15 will enable further research to be conducted on the contribution of the existing treatments in breast cancer and later in other types of solid cancer.