Fulleren C60 nanopartikülünün meme kanserine karşı koruyucu etkilerinin in vivo, in vitro ve in silico analizlerle araştırılması
The investigation of protective effects of fullerene C60 nanoparticle against to breast cancer by in vi̇vo, in vitro and  in silico analysis
Yazar: SEDA BEYAZ
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH ASLAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics

Özet:
Nanoteknolojinin hızla gelişmesi sonucunda, düşük toksisiteye ve yüksek biyouyumluluğa sahip nanopartiküller, ilaç olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu tür ilaç verme sistemleri, tümör bölgesinde ilaçların (kemoterapötik ilaçlar, nükleik asit, protein ve peptit vb.) birikmesini ve sistemik toksisiteyi azaltmada avantajlı özellikler göstermiştir. Son zamanlarda, tümör ve kanser tedavisine özel ilaç verilmesi için taşıyıcı olarak kullanılan fulleren C60, birçok alanda değerli bir model olarak kabul edilmektedir.  Nanokarbon materyaller grubuna dâhil olan fulleren C60, potansiyel bir antikanser aktiviteye sahiptir ve antikanser çalışmalarında ilaç geliştirmek için dikkatleri üzerine çekmektedir.
Kanser ilaçlarının farmakokinetiğinin geliştirilmesinin yanı sıra terapötik etkinliğini de arttırmaktadır.  Hücre bağışıklığını arttırarak güçlü immünomodülatör ve proinflamatuar aktiviteler göstermektedir. Fagosit oksidatif metabolizmasını etkileyip, mitokondriyal membran potansiyelini değiştirerek makrofaj apoptozunu indükleyebilmektedir. Ayrıca, tümör progresyonunu arttıran ve metastaza neden 7,12-dimetilbenz [a] antrasen (DMBA), meme kanseri oluşumunun moleküler mekanizmalarını incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsan ve hayvanlarda kanserojenik etki oluşturan toksik bir kimyasaldır. DMBA, DNA hasarına yol açıp tümör büyümesine ve meme kanserine sebep olmaktadır.
Bu tez çalışmasında, in vivo, in vitro ve in silico analizler yapılmıştır. İn vivo analizlerde, ratlara DMBA verilerek meme kanseri oluşturulmuştur. Oluşturulan bu meme kanserine karşı bir nanopartikül olan fulleren C60'ın, normal ve meme kanserli dokularda kaspaz-3, Bcl-2, Nrf-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, p53, IL-6, IL-1α ve p38α (MAPK) proteinlerinin ekspresyonlarına etkisi araştırılmıştır. Meme doku malondialdehit (MDA), kan doku plazma MDA, glutatyon (GSH), katalaz aktivitesine (CAT), total protein seviyelerine ve DNA hasarı üzerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca normal ve meme kanserli dokular histopatolojik açıdan değerlendirilmiştir. İn vitro analizlerde, hücre canlılığı WST-1 (2-(4-Iodofenil)- 3-(4-nitrofenil)-5-(2,4-disulfofenil)-2H-tetrazolium, monosodyum tuzu) testi ile belirlenmiştir. İn silico analizlerde ise  fulleren C60 nanopartikülünün kaspaz-3, Bcl-2, Nrf-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, VEGF ve Akt gibi transkripsiyon faktörlerine bağlanma afiniteleri moleküler doklama ile gösterilmiştir.
Bu çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, DMBA grubuna kıyasla C60 + DMBA gruplarda Bcl-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, IL-6, IL-1α ve p38α protein ekspresyon düzeyleri ve malondialdehit (MDA) seviyeleri azalmıştır. Kaspaz-3, Nrf-2 ve p53 protein ekspresyon düzeyleri ile glutatyon (GSH) seviyesi, katalaz aktiviteleri (CAT) ve total protein seviyelerinin ise anlamlı bir şekilde arttığı gözlenmiştir. İn silico analizlerde, fulleren C60'ın, özellikle kansere karşı, bazı kristal ligandlara benzer şekilde afinite gösterdiği gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, fulleren C60'ın meme kanseri üzerine koruyucu ve önleyici etkiye sahip olduğu ve meme kanseri tedavisi için ümit verici bir molekül olarak görev yaptığı belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Fulleren C60, DMBA, Meme kanseri, Apoptozis, DNA hasarı,  p53

Abstract:
As a result of the rapid development of nanotechnology, nanoparticles with low toxicity and high biocompatibility are widely used as drugs. Such drug delivery systems have shown advantageous properties in reducing the accumulation of drugs (chemotherapeutic drugs, nucleic acid, protein and peptide, etc.) and systemic toxicity in the tumor region. Recently, fullerene C60, which has been used as a carrier for the administration of special drugs for tumor and cancer treatment, is considered a valuable model in many areas. Fullerene C60, which belongs to the group of nanocarbon materials, has a potential anti-cancer activity and draws attention to developing drugs in anticancer studies. 
In addition to improving the pharmacokinetics of cancer drugs, it increases its therapeutic effectiveness. It shows strong immunomodulatory and proinflammatory activities by increasing cell immunity. Phagocyte can induce macrophage apoptosis by affecting oxidative metabolism and altering the mitochondrial membrane potential. In addition, 7,12-dimethylbenz [a] anthracene (DMBA), which increases tumor progression and causes metastasis, is widely used to study the molecular mechanisms of breast cancer formation. It is a toxic chemical that creates a carcinogenic effect in humans and animals. DMBA induces DNA damage, causing tumor growth and breast cancer. 
In this thesis, in vivo, in vitro and in silico analyzes were performed. In in vivo analyses, breast cancer was induced by administering DMBA to rats. The effect of fullerene C60, which is a nanoparticle against breast cancer, on the expression of caspase-3, Bcl-2, Nrf-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, p53, IL-6, IL-1α ve p38α (MAPK) proteins were investigated in normal and breast cancer tissues. Its effects on breast tissue malondialdehyde (MDA), blood tissue plasma MDA, glutathione (GSH), catalase activity (CAT), total protein levels and DNA damage were investigated. In addition, normal and breast cancerous tissues were evaluated histopathologically. In in vitro assays, cell viability was determined by the WST-1 (2-(4-Iodophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5-(2,4-disulfophenyl)-2H-tetrazolium, monosodium salt) test. In in silico analysis, the binding affinities of the fullerene C60 nanoparticle to transcription factors such as caspase-3, Bcl-2, Nrf-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, VEGF and Akt were demonstrated by molecular docking.
According to the results obtained from this study, Bcl-2, NF-κB, TNF-α, COX-2, IL-6, IL-1α and p38α protein expression levels and malondialdehyde (MDA) levels were decreased in the C60 + DMBA groups compared to the DMBA group. It was observed that caspase-3, Nrf-2 and p53 protein expression levels, glutathione (GSH) level, catalase activities (CAT) and total protein levels increased significantly. In silico assays, fullerene C60 has been observed to have similar affinity to some crystal ligands, especially against cancer. The results obtained showed that fullerene C60 has a protective and preventive effect on breast cancer and acts as a promising molecule for breast cancer treatment.
Keywords: Fullerene C60, DMBA, Breast cancer, Apoptosis, DNA damage, p53