Drosophila Melanogaster'de kaygı benzeri davranışa neden olan genetik elementlerin genom boyu ilişkilendirme çalışması ile saptanması
Determination of the genetic elements underlining anxiety-like behavior in Drosophila Melanogaster by genome wide association study
Yazar: BAŞAK ULAY MEMİLİOĞLU
Danışman: PROF. DR. ERGİ DENİZ ÖZSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Genetik = Genetics
Dizin: Drosophila melanogaster = Drosophila melanogaster ; Genetik = Genetics

Özet:
Drosophila melanogaster'de kaygı benzeri davranışa neden olan genetik varyantların genom boyu ilişkilendirme çalışmasıyla (GWAS) ortaya konulması ve genlerin insan homolojisi bakımından incelenmesi bu tezin ana hedefidir. Bu tez anksiyete bozukluğunun karmaşık genetiğine ilişkin, genetik arka planın aydınlatılması amacıyla yapılan kapsamlı bir bilimsel çalışmadır. Yüz bir "Drosophila Genetik Referans Paneli" (DGRP) soyu, tez kapsamında gerçekleştirilen deneylerde kullanılmıştır. Drosophila melanogaster'de anksiyete benzeri davranışı tespit etmek için açık alan testi kullanılmış ve on dakikalık kayıtlar alınmıştır. Tez kapsamında, merkezden ortalama uzaklık, toplam alınan yol ve toplam hareketlilik oranı olmak üzere üç fenotipik ölçüme odaklanılmıştır. Özellikle, literatürde anksiyete benzeri davranış ile yakından ilişkilendirilen merkezden uzakta olma ve duvarı takip etme davranışı (wall following) tezin odak fenotipidir. Üç parametre için ayrı ayrı gerçekleştirilen varyans analizleri incelendiğinde soy terimi içeren interaksiyonların anlamlı olduğu görülmektedir (p<0,001). Her bir parametre (merkezden uzaklık, toplam alınan yol ve toplam hareketlilik) için iki eşeyden de elde edilen verilerin ortalamaları GWAS girdisi olarak kullanılmıştır. Genom Boyu İlişkilendirme Analizleri neticesinde anksiyete benzeri davranış fenotipi ile ilişkili toplamda 166 adet Drosophila aday geni tespit edilmiş olup,  bu genlerin Drosophila'da yer aldığı biyolojik süreçler, etki ettiği fenotipler ve hastalıklar araştırılmıştır. Ayrıca gerçekleştirilen ontoloji analizlerinde genlerin 421 adedinin insan genleri ile ortolojisi saptanmıştır. Tespit edilen bu 166 genden 48 tanesinin çeşitli veri tabanları üzerinden gerçekleştirilen analizlerinde anksiyete benzeri davranış ile ilişkili sistemlerde rol alan önemli genler olduğu görülmüştür. 

Drosophila ile gerçekleştirilmiş olan anksiyete benzeri davranış çalışmaları incelendiğinde, gerçekleştirilen çalışmalarda sunulan aday genler bu tez kapsamında tespit edilmemiştir. 

Tezin genetik arka plan çözümlenmesine bakış açısı tek bir genin tek bir süreçle ilişkilendirilemeyeceği aksine süreçlere birden fazla genin etki edeceğidir. Yukarıda bahsedilen aday genlerin tez kapsamında gerçekleştirilen GWAS sonuçlarından elde edilememiş olmasının temel nedeni, deneylerde her biri farklı genetik arka plana sahip olan 101 DGRP soyunun her iki eşeye ait bireylerinin çalışmada kullanılması olduğu düşünülmektedir. 

Bu tez Drosophila'da gerçekleştirilmiş en kapsamlı anksiyete benzeri davranış çalışmasıdır ve bu davranışla ilişkilendirilebilecek, önceden belirlenmemiş pek çok geni ortaya koymasıyla bir ilk olma özelliği taşımaktadır.

Abstract:
The primary goal of this thesis is to identify genetic variants associated with anxiety-like behavior in Drosophila melanogaster through a genome-wide association study (GWAS) and to investigate the human homology of these genes. This thesis is a comprehensive scientific study aimed at elucidating the intricate genetic background of anxiety disorder. One hundred and one "Drosophila Genetic Reference Panel" (DGRP) lines were utilized in the experiments conducted as part of this thesis. An open field test was used to assess anxiety-like behavior in Drosophila melanogaster, and ten-minute recordings were obtained. In the contect of the thesis, three phenotypic measures were focused; average distance from the center, total distance travelled and total mobility ratio. The primary phenotypic focus of this thesis is on, center avoidance and wall-following behaviors, which are commonly associated with anxiety in the literature. When examining the variance analyses conducted separately for each of the three parameters, it was observed that the interactions involving the term strain were significant (p<0,001). Average values of each of the three parameters (distance from the center, total distance traveled, and overall activity) calculated separately for both sexes were used in the GWAS analysis. In consequence of Genome-Wide Association studies, a total of 166 Drosophila genes associated with the anxiety-like behavior phenotype were identifed and accordingly the biological processes, phenotypes, and diseases in which these genes are involved in Drosophila have been investigated. Furthermore, ontology analyses revealed orthology between these genes and 421 human genes. Various database analyses of these 166 genes indicated that 48 of them were key genes involved in systems associated with anxiety-like behaviors.

Upon examination of studies focusing on anxiety-like behaviors with Drosophila, the candidate genes put forth in these studies were not identified within the scope of this thesis. 

The thesis approaches the genetic background analysis from the perspective that biological processes are influenced by the interplay of multiple genes, rather than being determined by a single gene. The main reason why the candidate genes were not found in the GWAS results obtained within the scope of this thesis is thought to be the use of individuals of both sexes from 101 DGRP lines, each with a distinct genetic background. 

While this thesis represents the most comprehensive study of anxiety-like behaviors in Drosophila, the identified genes have been linked to anxiety-like behaviors for the first time.