Metforminin antikanser özellikleri ile Sirtuin2 ve Sirtuin3 proteinleri üzerine etkilerinin meme kanseri hücre hatlarında araştırılması
Investigation of the anticancer properties of metformin and its effects on Sirtuin2 ve Sirtuin3 proteins in breast cancer cell lines
Yazar: ELİF AYKAL
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN ÖZDEN
Kafkas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Antikanser = Anticancer ; Meme kanseri =

Özet:
Meme kanseri, dünya çapında yaygın olarak görülen ikinci kanser türüdür. Meme kanserine yönelik tedavi seçenekleri gelişen teknoloji ile beraber hız kazanmış olmakla birlikte, meme kanserinin tedavisine yönelik aday ajan arayışları güncelliğini koruyan bir konudur. Metformin ise anti-kanser etkilerinin olduğu bilinen bir diyabetik ilaç olarak aynı zamanda bir Sirtuin (SIRT) aktivatörü olarak da bilinmektedir. SIRT'ler genel olarak yaşam süresini düzenlediği, DNA onarım, metabolik düzenleme, hücresel stres yanıtları gibi birçok süreci etkileyen ve yedi (SIRT1-7) üyeden oluşan bir deasetilaz ailesidir. Bu yedi üyeden SIRT2 ve SIRT3 hücresel metabolizma, yaşlanma, DNA hasar onarımı, enerji metabolizması ve stres yanıtlarında kritik rollere sahip olan SIRT üyeleridir. Bu nedenle SIRT'lerin efektif modülasyonu, kanser tedavisi için yeni metotlar oluşturma ihtimalini arttırmaktadır. SIRT aktivatör ve inhibitörleri, kanser kaynaklı ve daha birçok yaşla ilişkili hastalık için umut vaat etmektedir. SIRT2 ve SIRT3 ise sırasıyla sitoplazma ve mitokondride bulunan ve kanser metabolizması ile direkt ilişkisi olduğu bilinen SIRT üyeleridir.
Bu tez çalışmasında metforminin MCF7 ve MDA-MB-231 meme kanser hücre hatları üzerindeki anti-kanser etkileri incelenmiştir. Kanserli olmayan hücreler üzerindeki etkilerini belirlemek için HUVEC hücreleri kullanılmıştır. Bu amaçla hücreler 48 saat boyunca metforminin artan dozlarına maruz bırakılmış ve her iki hücre için IC50 dozları belirlenmiştir. Ardından metforminin bu dozlarının, hücrelerin SIRT2, SIRT3 ve BAX gen ifadeleri üzerine etkileri incelenmiştir. Bunlara ilaveten, metforminin meme kanser hücrelerindeki apoptotik indeks ve koloni oluşturma yetenekleri üzerine olan etkileri de araştırılmıştır. 
Elde edilen sonuçlara göre metforminin HUVEC hücrelerindeki IC50 dozu 70.22 mM olarak belirlenirken, MCF7 ve MDA-MB-231 hücrelerindeki IC50 dozu sırasıyla 30.61 mM ve 30.38 mM olarak belirlenmiştir. Metforminin meme kanser hücrelerine uygulanması sonucunda ise, apoptotik indeksi MCF7 hücrelerinde MDA-MB-231 hücrelerine kıyasla daha fazla arttırdığı görülmüştür. Benzer şekilde, metformin MCF7 hücrelerinin koloni oluşturma yeteneklerini daha düşük konsantrasyonlarda engellediği bulunmuştur. Meme kanser hücrelerine uygulanan IC50 konsantrasyonları ise bir pro-apoptotik marker olan BAX gen ifadesini her iki hücre hattında ~1.5 kat arttırmıştır. Metformin uygulanması MCF7 ve MDA-MB-231 hücrelerinin SIRT3 ifadelerini sırasıyla 1.7 ve 1.4 kat arttırmıştır. Fakat metformin uygulaması SIRT2 gen ifadelerini her iki hücre hattında da benzer bir şekilde etkilememiş, MDA-MB-231 hücre hattında bir değişikliğe neden olmazken, MCF7 hücrelerinde 1.7 katlık bir artışa neden olduğu bulunmuştur.
Bu bilgiler doğrultusunda, metforminin her iki meme kanser hücresinde etkili bir şekilde SIRT3 gen ifadesini indüklediği fakat SIRT2 ifadesini yalnızca MCF7 hücrelerinde arttırdığı tespit edilmiştir. MCF7 hücreleri aynı zamanda, metforminin apoptotik indeksi en çok indüklediği ve koloni formasyonunu daha etkili bir şekilde baskıladığı hücreler olduğu belirlenmiştir. Bu yönüyle metforminin meme kanser hücreleri üzerinde anti-kanser etkilere sahip olduğu fakat farklı meme kanser hücre fenotipleri üzerinde farklı SIRT2 modülasyon yeteneklerine sahip olduğu görülmüştür. Bu açıdan, yapılacak ileri çalışmalarda farklı fenotipteki meme kanser hücrelerinin metformin aracılı SIRT2 modülasyon mekanizmasının moleküler yöntemlerle araştırılması önerilmektedir. Yapmış olduğumuz bu tez çalışmasının, meme kanser hücrelerindeki metformin aracılı SIRT2 ve SIRT3 modülasyonunun anlaşılmasına katkı sunabileceğini düşünmekteyiz.

Abstract:
Breast cancer is the second most common type of cancer in the world. Although treatment options for breast cancer have accelerated with the developing technology, the search for candidate agents for the treatment of breast cancer is an issue that continues to be topical. Metformin is a diabetic drug known to have anti-cancer effects and is also known as a Sirtuin (SIRT) activator. SIRTs are a family of deacetylases consisting of seven members (SIRT1-7) that generally regulate life span and affect many processes such as DNA repair, metabolic regulation, cellular stress responses. Of these seven members, SIRT2 and SIRT3 have critical roles in cellular metabolism, aging, DNA damage repair, energy metabolism and stress responses. Therefore, effective modulation of SIRTs increases the possibility of new methods for cancer therapy. SIRT activators and inhibitors have been implicated in cancer-induced and many other SIRT2 and SIRT3 are SIRT members located in the cytoplasm and mitochondria respectively and are known to be directly involved in cancer metabolism. SIRT2 and SIRT3 are SIRT members located in the cytoplasm and mitochondria, respectively, and are known to be directly involved in cancer metabolism.
In this thesis, the anti-cancer effects of metformin on MCF7 and MDA-MB-231 breast cancer cell lines were investigated. HUVEC cells were used to determine the effects on non-cancerous cells. For this purpose, cells were exposed to increasing doses of metformin for 48 hours and IC50 doses were determined for both cells. Then, the effects of IC50 doses of metformin on SIRT2, SIRT3 and BAX gene expressions of the cells were examined. In addition, the effects of metformin on the apoptotic index and colony forming ability of breast cancer cells were also examined. 
According to the results obtained, the IC50 dose of metformin in HUVEC cells was determined as 70.22 mM, while the IC50 dose in MCF7 and MDA-MB-231 cells was determined as 30.61 mM and 30.38 mM, respectively. Therefore, it was observed that the IC50 dose of metformin, which was effective in breast cancer cells, was not cytotoxic in healthy HUVEC cells. As a result of the application of metformin to breast cancer cells, it was observed that metformin increased the apoptotic index more in MCF7 cells compared to MDA-MB-231 cells. Similarly, metformin was found to inhibit the colony forming ability of MCF7 cells at lower concentrations. IC50 concentrations applied to breast cancer cells increased BAX gene expression, a pro-apoptotic marker, ~1.5-fold in both cell lines. Similarly, metformin increased SIRT3 expression by 1.7- and 1.4-fold in MCF7 and MDA-MB-231 cells, respectively. However, metformin treatment did not affect SIRT2 gene expression in a similar manner in both cell lines, causing no change in the MDA-MB-231 cell line, whereas it was found to cause a 1.7-fold increase in MCF7 cells.
In line with this information, it was found that metformin effectively induced SIRT3 gene expression in both breast cancer cells, but increased SIRT2 expression only in MCF7 cells. MCF7 cells were also found to be the cells in which metformin induced the apoptotic index the most and suppressed colony formation more effectively. In this respect, it has been observed that metformin has anti-cancer effects on breast cancer cells but has different SIRT2 modulation abilities on different breast cancer cell phenotypes. In this respect, it is recommended to investigate the mechanism of metformin-mediated SIRT2 modulation of different phenotypes of breast cancer cells by molecular methods in further studies. We believe that this thesis study may contribute to the understanding of metformin-mediated SIRT2 and SIRT3 modulation in breast cancer cells.