Bazı bitki ekstrelerinin in vitro antikanser ve apoptotik aktivitelerinin değerlendirilmesi
Assessment of in vitro anticancer and apoptotic activities of some plant extracts
Yazar: FULYA TUĞBA ARTUN
Danışman: PROF. DR. ALİ KARAGÖZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoloji = Biology ; Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Genetik = Genetics

Özet:
Bu tez çalışmasında, 3'ü Türkiye'ye endemik olan 7 metanolik bitki ekstresinin Vero [Afrika Yeşil Maymun (Cercopithecus aethiops) böbrek fibroblast hücre hattı], HeLa (insan serviks kanseri epitel hücre hattı), A549 (insan akciğer kanseri epitel hücre hattı), Mcf-7(insan meme kanseri epitel hücre hattı) ve PC-3 (insan prostat kanseri epitel hücre hattı)  hücreleri üzerinde sitotoksik etkileri Mitokondriyal Dehidrogenaz Enzim Aktivitesi (MTT) Kolorimetrik Yöntemi ile belirlenmiştit. Potansiyel antikanser aktiviteye sahip olan Centaurea hermannii bitki ekstresinin ve kemoterapötik ajan olan Doxorubicin'in Vero ve HeLa hücre hatları üzerindeki sitotoksik etkisini doğrulamak amacıyla xCELLigence RTCA DP sistemi ile hücre indeksi parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra potansiyel antikanser aktiviteye sahip olan C. hermannii ekstreninin apoptotik aktivitesi biyokimyasal (Flow sitometri analizi), florometrik (Kaspaz 3,7 ve 9 aktivasyonu analizi) ve moleküler (qRT-PCR analizi) olarak değerlendirilmiştir.
MTT analizi ile 48. saatte elde edilen veriler değerlendirildiğinde C. hermannii ekstresisinin sağlıklı hücre hattı Vero'daki düşük sitotoksisitesi ve serviks kanseri hücre hattı HeLa'daki seçici yüksek sitotoksisitesi potansiyel antikanser aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. Kemoterapötik ajan olan Doxorubicin'in ve C. hermannii bitki ekstresinin sitotoksik etkileri Vero ve HeLa hücre hatları üzerinde denenerek elde edilen verilerle IC50 (Hücrelerin % 50'sinin ölümüne neden olan ekstre konsantrasyonu) ve SI (Seçicilik indeksi; SI= IC50 Vero hücresi / IC50 HeLa hücresi) değerleri hesaplanmıştır. C. hermannii bitki ekstresinin seçicilik indeksi ile Doxorubicin'in seçicilik indeksi değerleri karşılaştırılmıştır. IC50 değerleri Vero hücre hattında C. hermannii için 599 μg/mL ve Doxorubicin için 21,2 μM, HeLa hücre hattında C. hermannii için 15,74 μg/mL ve Doxorubicin için 8,4 μM olarak bulunmuştur. SI değerleri ise sırasıyla C. hermannii için 38,1,  Doxorubicin için 2,5 olarak bulunmuştur.
xCELLigence RTCA DP sistemi ile hücre indeksi parametlerinin analizi sonucunda IC50 değerleri Vero hücre hattında C. hermannii için 557,8 μg/mL ve Doxorubicin için 19,2 μM, HeLa hücre hattında C. hermannii için 18,3 μg/mL ve Doxorubicin için 7,8 μM olarak bulunmuştur. SI değerleri ise C. hermannii için 30,5 iken Doxorubicin için 2,5 olarak hesaplanmıştır. MTT analizinden elde edilen veriler hem morfolojik değerlendirmeler ile hem de xCELLigence sistemi ile yapılan analiz sonuçlarıyla tutarlı olarak bulunmuştur.
Potansiyel antikanser aktiviteye sahip C. hermannii ekstresinin HeLa hücrelerindeki apoptotik aktivitesinin tayini 3 farklı yöntemle ortaya konulmuştur. Deneylerde Vero hücreleri için toksik olmayan fakat HeLa hücreleri için toksik olan (100 g/mL) ve HeLa hücreleri için yarı öldürücü olan (IC50=15,74 g/mL) iki konsantrasyon uygulanmıştır. C. hermannii ekstresinin uygulandığı apoptoza giden HeLa hücrelerinin sayısı FITC işaretli Annexin V ile flow sitometri analizi ile tespit edilmiştir. C. hermannii bitki ekstresinin 100 g/mL ve IC50 konsantrasyonları uygulanan HeLa hücrelerinin canlı, ölü ve geç apoptotik popülasyonları kontrol grubuna göre anlamlı olup bu bitki ekstresinin HeLa hücrelerinde apoptotik etkiye sahip olduğu ortaya konulmuştur. Elde edilen sonuçlar sitotoksisite sonuçları ile uyumlu bulunmuştur.
C. hermannii ekstresinin HeLa hücrelerindeki antikanser aktivitesinin apoptoz ölüm yolu ile gerçekleştiği flow sitometri analizi ile belirlendikten sonra apoptotik aktivitenin belirlenmesi için önemli bir diğer yöntem olan kaspaz aktivitesi tayini ile C. hermannii ekstresinin HeLa hücrelerindeki kaspaz 3,7 ve 9'un aktivasyonuna etkisi belirlenmiştir. C. hermannii ekstresinin HeLa hücrelerindeki apoptotik kaskadın başrol oyuncuları olan yürütücü kaspazlardan kaspaz 3,7 ve başlatıcı kaspazlardan kaspaz 9'un aktivasyonunu arttırdığı spektroflorometrik olarak belirlenmiştir.
Son olarak, C. hermannii ekstresinin uygulandığı HeLa hücrelerinde apoptoz, nekroz ve otofajiye özgü genlerin anlatım seviyeleri qRT-PCR analizi belirlenmiştir. qRT-PCR analizi sonucunda elde edilen verilere göre apoptotik genlerden FAS, HRK ve TNFRSF10B genleri C. hermannii bitki ekstresinin her iki konsantrasyonda da HeLa hücrelerinde yukarı regüle olmuştur. Nekrotik genlerden RIPK, HeLa hücrelerinde C. hermannii bitki ekstresinin oldukça toksik olan 100 µg/mL konsantrasyonunda aşırı yukarı regüle edilmiştir. RIPK, C. hermannii bitki ekstresinin IC50 konsantrasyonunda da yukarı regüle edilmiştir. Otofajik genlerden BECN,  C. hermannii bitki ekstresinin her iki konsantrasyonda da HeLa hücrelerinde yukarı regüle olmuş, ATG3 ve ATG5 genleri ise sadece C. hermannii bitki ekstresinin 100 µg/mL konsantrasyonunda yukarı regüle edilmiştirler.
Bu sonuçlar, C. hermannii ekstresinin serviks kanseri tedavisi için potansiyel olarak aktif yeni bir ilacı temsil edebileceğini ve umut veren sitotoksik ve apoptotik aktivitesi nedeniyle daha fazla çalışmayı destekleyebileceğini düşündürmektedir.

Abstract:
In this thesis, cytotoxic effects of methanolic extracts of 7 plants, 3 of which are endemic species to Turkey, on Vero [African Green Monkey (Cercopithecus aethiops) kidney fibroblast cell line], HeLa (Human cervical adenocarcinoma cell line), A549 (Human lung carcinoma cell line), Mcf-7 (Human breast adenocarcinoma cell line) and PC-3 (Human prostate adenocarcinoma cell line) cells were determined by Mitochondrial Dehydrogenase Enzyme Activity (MTT) Colorimetric Method. In order to confirm the cytotoxic effect of Centaurea hermannii plant extract having potent anticancer activity and the chemotherapeutic agent Doxorubicin on Vero and HeLa cell lines, cell-index parameters were determined with xCELLigence RTCA DP system. Later, apoptotic activity of the extract with potential anticancer activity was then assessed as biochemically (flow cytometry analysis), fluorometrically (analysis of caspase 3,7 and 9 activation) and molecularly (qRT-PCR analysis).
When the results obtained at 48th hour in MTT assay evaluated,  the low cytotoxicity of C. hermannii extract in healthy cell line Vero and its selective high cytotoxicity in cervical cancer cell line HeLa showed that C. hermannii extract had potent anticancer activity. IC50 (The extract concentration causing 50% of the cells to die) and SI (Selectivity index; SI= IC50 of Vero cells/ IC50 of HeLa) values of Doxorubicin, the chemotherapeutic agent,  and C. hermannii extract on Vero and HeLa cell lines were calculated by using the obtained data from cytotoxic effects of the chemotherapeutic agents Doxorubicin and C. hermanni extract on Vero and HeLa cell lines were calculated. The selectivity index of C. hermannii plant extract and the selectivity index of Doxorubicin were compared. IC50 values were found in the Vero cell line as 599 μg/mL for C. hermannii and 21.2 μM for Doxorubicin, 15.74 μg/mL for C. hermannii and 8.4 μM for Doxorubicin in the HeLa cell line. SI values were found as 38.1 for C. hermannii and 2.5 for Doxorubicin, respectively.
As the results of the analysis of cell index parameters with xCELLigence RTCA DP system, IC50 values were found as 557.8 μg/mL for C. hermannii and 19.2 μM for Doxorubicin in the Vero cell line, 18.3 μg/mL for C. hermannii and 7.8 μM for Doxorubicin in the HeLa cell line. SI values were calculated 30.5 for C. hermannii and 2.5 for Doxorubicin. The data obtained from the MTT analysis were consistent with the morphological evaluation as well as the results of the analysis with the xCELLigence RTCA DP system.
The determination of the apoptotic activity of C. hermannii extract with potential anticancer activity in HeLa cells was demonstrated by 3 different methods. In the experiments, two concentrations which were nontoxic to Vero cells but toxic to HeLa cells (100 μg/mL) and the concentration causing 50 % of the HeLa cells to die (IC50= 15.74 μg/mL) were applied. The number of apoptotic HeLa cells treated with C. hermannii extract was determined by flow cytometry analysis with FITC-labeled Annexin V. The alive, dead and late apoptotic populations of HeLa cells treated with 100 μg/mL and IC50 concentrations of C. hermannii plant extract were significant in comparison to the control group and this plant extract was found to have apoptotic effect in HeLa cells. The results were found to be consistent with the cytotoxicity results.
After determining the apoptotic acvitiy of C. hermannii extract on HeLa cells by flow cytometry analysis, the effect of C. hermannii extract on the activation of caspases 3,7 and 9 in HeLa cells was determined by the caspase activity assay, another important method for determining apoptotic activity. C. hermannii extract enhanced the activation of the lead actors of the apoptotic cascade; caspase-9, the initiator caspase and caspase-3,7 the executer caspases in HeLa cells was determined, spectroflorometrically.
Finally, qRT-PCR analysis of expression levels of apoptosis, necrosis and autophage specific genes was determined in HeLa cells treated with C. hermannii extract. According to the results obtained by qRT-PCR analysis, the apoptotic genes FAS, HRK and TNFRSF10B were upregulated in HeLa cells at both concentrations of C. hermannii plant extract. RIPK from necrotic genes,  was over-regulated at a highly toxic concentration of 100 μg/mL of C. hermannii plant extract in HeLa cells. RIPK was also upregulated at the IC50 concentration of C. hermannii plant extract. BECN from autophagic genes, was upregulated in HeLa cells at both concentrations of C. hermannii plant extract, ATG3 and ATG5 genes were upregulated only at 100 μg/mL concentration of C. hermannii plant extract.
These results suggest that the C. hermannii extract may represent a potentially active new drug for cervical cancer treatment and may support more studies due to promising cytotoxic and apoptotic activity.