Hücresel stres koşulları altında trm10 enziminin rolünün transkriptom düzeyinde araştırılması
Investigating the role of trm10 enzyme under cellular stress conditions at the transcriptome level
Yazar: AYŞE AYÇA KORKMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TARDU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Moleküler biyoloji = Molecular biology

Özet:
Hücreler modifikasyon olarak adlandırılan kimyasal değişimlerle RNA moleküllerinin yapılarını, işlevlerini ve kararlılıklarını düzenler.   Hem mRNA (mesajcı RNA) gibi kodlayan hem de tRNA (transfer RNA), rRNA (ribozomal RNA), miRNA (mikro RNA) gibi kodlamayan RNA türleri üzerinde görülen bu modifikasyonların sayısı son yapılan çalışmalarla birlikte 170'i geçmiştir. Modifikasyonların RNA molekülleri üzerindeki dağılımının, transkripsiyon ve translasyon dahil olmak üzere birçok hücre içi moleküler mekanizma üzerinden protein üretimini etkileme kapasitesine sahip olduğu yapılan çalışmalar ile tespit edilmiştir. Farklı RNA türlerinin yer aldığı moleküler mekanizmalar göz önünde bulundurulduğunda RNA nükleozit modifikasyonlarının hücrelerin stres faktörleriyle mücadelesinde de rolünün olabileceği düşünülmektedir. Özellikle tRNA yapısının stabilizasyonundan, kodon-antikodon etkileşiminin güçlendirilmesi ve Wobble baz eşleşmesinin düzenlenmesine kadar protein sentezinin birçok farklı adımı ile bağlantılı olan tRNA metiltransferaz (Trm) nükleozit modifiye edici enzim ailesi RNA modifiye edici enzimler arasında önemli bir yere sahiptir.  Trm enzim ailesinin üzerinde yapılan çalışmalar, bu enzimlerin eksikliklerinin nörolojik ve kardiyovasküler bozukluklar gibi birçok hastalığın ortaya çıkışında rol oynadıklarını göstermektedir. Biz bu çalışmada, Saccharomyces cerevisiae tRNA metiltransferaz nükleozit modifiye edici enzim mutantı trm10Δ hücrelerinin farklı stres koşullarına (DNA hasarı, tuz stresi ve sıcaklık stresi) verdiği tepkiyi anlamaya çalışıyoruz. Bu hücresel ve çevresel koşulların oluşturduğu transkriptom tepkisinde Trm10 enziminin rolünü RNA-sek yaklaşımı ile ortaya koymaya çalışıyoruz. Yaptığımız çalışmada trm10Δ suşunun büyüme fenotipinin yüksek NaCl tuz konsantrasyonu kaynaklı (>1 M) oluşan ozmotik strese karşı dirençli olduğu, metil metan sülfonat kimyasalının oluşturduğu DNA hasar stresine karşı ise hassas olduğu ve yüksek sıcaklık kaynaklı (38˚C) ısı şok stresine karşı hassasiyet gösterdiği gözlemlendi. Nokta tabaklama ekimlerinden elde edilen bu sonuçlar büyüme eğrilerinde de gözlemlendi ve maksimum büyüme hesapları ile de doğrulandı. Sonrasında yüksek NaCl tuz stresine tabi tutulan S. cerevisiae yabanıl tip ve trm10Δ hücrelerinde yapılan RNA-sek analizi ile ekspresyon seviyesi farklılık gösteren genler (DEG) belirlendi. Yabanıl tip hücrelerde 364 genin anlatımın azaldığı, 582 genin ise anlatımın arttığı görüldü. trm10Δ hücrelerinin analiz sonuçlarına göre 311 genin anlatım seviyesinin azaldığı, 269 genin ise anlatım seviyesinin arttığı tespit edildi. Bu DEG'lere ait yapılan detaylı gen ontoloji ve KEGG analizleri sonucunda yüksek ozmotik tuz stresinden etkilenen biyolojik prosesler ve yolaklar raporlandı. S. cerevisiae yabanıl tip ve trm10Δ hücrelerinde 149 genin ortak olarak anlatımının arttığı görülürken 181 genin anlatımının ise azaldığı görüldü. Böylece maya hücrelerinin belirtilen stres koşulu ile mücadelesinde Trm10'un rolünü transkriptom düzeyinde açıkladık. Yapılan bu çalışmaların derinleştirilmesi ve hücrelerin stres faktörlerine verdiği cevapların moleküler mekanizmalarının ortaya çıkarılması, RNA nükleozit modifikasyonları kaynaklı birçok modopatinin daha iyi anlaşılabilmesine imkan sağlayacaktır. Ağustos 2024, 113..... sayfa.

Abstract:
Cells regulate the structures, functions and stability of RNA molecules through chemical changes called modifications. The number of these modifications, which are seen on both coding RNAs such as mRNA (messenger RNA) and non-coding RNAs such as tRNA (transfer RNA), rRNA (ribosomal RNA) has exceeded 170 according to recent studies. Studies have determined that the distribution of modifications on RNA molecules has the capacity to affect protein production through many intracellular molecular mechanisms, including transcription and translation. Considering the molecular mechanisms involved in different RNA types, it is thought that RNA nucleoside modifications may also play a role in the fight against stress factors in cells. The tRNA methyltransferase (Trm) nucleoside modifying enzyme family, which is particularly associated with many different steps of protein synthesis, from the stabilization of the tRNA structure to the strengthening of the codon-anticodon interaction and the regulation of wobble base pairing, has an important place among RNA modifying enzymes. Studies on the Trm enzyme family have shown that deficiencies in these enzymes play a role in the development of many diseases such as neurological and cardiovascular disorders. In this study, we are trying to understand the response of Saccharomyces cerevisiae tRNA methyltransferase nucleoside modifying enzyme mutant trm10Δ cells to different stress conditions (DNA damage, salt stress and heat stress). We are trying to reveal the role of Trm10 enzyme in the transcriptome response created by these cellular and environmental conditions using RNA-seq approach. In our study, it was observed that the growth phenotype of trm10Δ strain is resistant to osmotic stress caused by high NaCl salt concentration (> 1 M), sensitive to DNA damage stress caused by methyl methane sulfonate chemical and sensitive to heat shock stress caused by high temperature (38 °C). These results obtained from spot plating were also observed in growth curves and confirmed by maximum growth calculations. Afterwards, differentially expressed genes (DEG) were identified by RNA-seq analysis in S. cerevisiae wild type and trm10Δ cells subjected to high NaCl salt stress. In wild type cells, it was observed that the expression level of 364 genes decreased and the expression level of 582 genes increased. According to the analysis results of trm10Δ cells, it was determined that the expression level of 311 genes decreased and the expression level of 269 genes increased. As a result of detailed gene ontology and KEGG analyses of these DEGs, biological processes and pathways affected by high osmotic salt stress were reported. While the common expression of 149 genes was increased in S. cerevisiae wild type and trm10Δ cells, the expression of 181 genes was decreased. Thus, we explained the role of Trm10 in the struggle of yeast cells with the specified stress condition at the transcriptome level. Deepening these studies and revealing the molecular mechanisms of cell responses to stress factors will allow a better understanding of many modopathies originating from RNA nucleoside modifications. August 2024, 113. pages.