Mikroalgal proteinlerden peptid yapılı tirozinaz inhibitörlerinin elde edilmesi ve potansiyel inhibitör aktivitelerinin incelenmesi
Peptide based tyrosinase inhibitors from microalgal proteins and determination of possible inhibitory activities
Yazar: AYŞE KÖSE
Danışman: DOÇ. DR. SUPHİ Ş. ÖNCEL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Tirozinaz inhibitörleri günümüzde özellikle kozmetik alanda tercih edilen deri beyazlatıcı ürünlerde bulunan hammaddelerdir. Hücresel tirozinaz enziminin inhibisyonu sayesinde melanin üretiminde azalmaya neden olmakta ve agresif pigmentasyon problemlerinin eliminasyonlarında kullanılmaktadır. Tez çalışması ilk defa mikroalgal protein hidrolizatlarının tirozinaz inhibitörleri olarak kullanılabileceğini gösteren bir referans çalışma olmuştur. Tez çalışması kapsamında öncelikle mikroalg türleri protein üretim değerleri açısından incelenmiş ve S. platensis ve C. vulgaris'in %50 değeri üzerinde protein içerdiği bulunmuştur. Tirozinaz inhibisyonu için; (i) S. platensis ve C. vulgaris biyokütlesinden, (ii) ticari fikosiyaninden tripsin, pankreatin ve alkalaz enzimleri kullanılarak elde edilen hidrolizatlardan, (iii) S. platensis fikosiyaninden in silico hidroliz sonucu elde edilen sentetik peptidlerden hem mantar (Agaricus bisporus) hem de B16-F10 fare melanoma hücrelerinden tirozinaz enzimi aktivitesi ve melanin üretimleri incelenmiştir. 
Enzimatik hidrolizatlarda mantar tirozinaz inhibisyon aktivitesi bulunmamıştır. Ancak özellikle S. platensis başta olmak üzere mikroalgal hidrolizatlardan farklı enzimler ile elde edilen hidrolizatlar doza bağlı %40-70 arasında enzim inhibisyonu gerçekleştirmiştir. Mikroalgal hidrolizatlarda antioksidan aktivite değerleri %40'ın üzerinde iken, C. vulgaris, S. platensis'e göre daha yaklaşık 2 kat antioksidan aktivite göstermesine rağmen tirozinaz inhibisyonu ve melanin üretimleri antioksidan aktivite ile orantılı olarak gerçekleşmemiştir.
Fikosiyanin ve enzimatik hidroliz ürünleri de mantar tirozinaz enziminde etkin bir inhibisyon sağlamamış ancak hücresel tirozinaz enzimi aktivitesi ve melanin sentezinde düşüşlere neden olmuştur. 
Fikosiyanin dizisinden elde edilen peptidlerden P2 ve P3 hem monofenolaz hem de difenolaz aktivitesi üzerinden mantar tirozinaz enzim inhibisyonu gerçekleştirmiştir. Peptidlerden P5 en düşük IC50 değerine sahiptir (12,12 µM). Bu değer kojik asitten 7 kat, ticari peptitten, decapeptide 12, 10 kat daha etkindir. İlginç olan sonuç ise her iki peptidin son üç amino asit dizisi, SWY, ortaktır. Bu da bu dizilerin tirozinaz enzim inhibisyonunda önemli olduğunu göstermektedir. P5 ve P2 literatürde bulunan en etkili tirozinaz enzimi inhibisyonu yapan peptidler arasında yer alacak niteliktedir. P4 ise mantar tirozinaz inhibisyonunun aksine tirozinaz enzimini aktive etmiştir. P4 bilinen ilk mikroalgal tirozinaz aktivatör peptid olma niteliğini taşımaktadır. 
 Sonuçlar göstermiştir ki mikroalgal protein hidrolizatları ve elde edilen peptidler gelecekte tirozinaz inhibisyonu sağlayan ürünler formulasyonunda potansiyel teşkil etmektedir. Elde edilen maddelerin kojik aside göre sitotoksik etki göstermemesi, ayrıca yüksek inhibitör etki göstermeleri mikroalgal protein hidrolizatlarının kozmetik ürünlerde topikal tirozinaz inhibitörleri olarak kullanılmasının uygun olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Tyrosinase inhibitors are preferred in cosmetic formulations as topical hypopigmentation agents. Due to cellular tyrosinase inhibition, cells decrease melanin production and these compounds are used to eliminate aggressive pigmentation problems. In this thesis, for the first time, the effect of microalgal protein hydrolysates on tyrosinase enzyme activity has been studied. Firstly, various microalgal species were screened based on their overall protein content. Among them, S. platensis and C. vulgaris producing more than 50% of protein of their biomasses were selected for further studies on tyrosinase inhibition. The tyrosinase inhibition activities were screened using samples based on; (i) trypsin, pancreatin and alcalase hydrolyzed S. platensis and C. vulgaris biomass, (ii) commercial phycocyanin, and (iii) in silico peptide hydrolysis of S. platensis phycocyanin products. Tyrosinase inhibitory activity was tested on mushroom (Agaricus bisporus) and B16-F10 murine melanoma cells tyrosinases and melanin production. 
None of the enzymatic hydrolysates gave a good mushroom tyrosinase inhibitory activity. However, especially S. platensis showed 40-70 tyrosinase inhibitory effect on melanoma cells with respect to various enzymes. Microalgal hydrolysates showed antioxidant activities around 40%; however, C. vulgaris has almost 2 times more antioxidant capacity when compared to S. platensis. The results showed that, there was no a significant correlation with antioxidant activity and tyrosinase inhibition. 
Phycocyanin and enzymatic hydrolysis products didn't give a significant decrease in mushroom tyrosinase enzyme activity. However, they effectively inhibited enzyme activity and melanin synthesis in B16-F10 cells. 
The peptides designed from phycocyanin showed great inhibition values for mushroom tyrosinase enzyme activity. Among them P2 and P3 inhibit both monophenolase and diphenolase activity. However, P5 was the most potential peptide (IC50 12.12 µM). P5, interestingly, share sequence similarity with commercial peptide, decapeptide 12; their last 3 amino acids on C terminal site is composed from SWY, which is considered to be significant for tyrosinase inhibitory effect. P5 showed 7 times more inhibitory effect than kojic acid and 10 times more than decapeptide 12. With regards to these results obtained, P5 and P2 is the most potent tyrosinase inhibitory peptides described in the literature so far. Apart from mushroom tyrosinase inhibitory activity, all the peptides (P1-P7) inhibit cellular tyrosinase activity up to 70%. However, P4 increase tyrosinase activity and melanin synthesis. P4 is the first tyrosinase inhibitory peptide obtained from microalgal sources. 
The results indicated that microalgal protein hydrolysates could be considered as a novel, stable, reliable and sustainable protein based tyrosinase inhibitors when cytotoxic effect of kojic acid also considered.