Bitki türevli biyoaktif bileşenlerin kanser tedavisinde hücre ölümünü hedeflemede kullanılması ve biyoinformatik analizi
Utilization of plant-derived bioactive compounds to target cell death in cancer therapy and their bioinformatic analysis
Yazar: ZEYNEP AYTEN
Danışman: PROF. DR. NİHAL ÖMÜR BULAN ; PROF. DR. FATMA GÜL ÖZCAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Kanser, DNA'da yaşam boyu biriken dinamik değişikliklerin neden olduğu karmaşık ve ölüm oranı yüksek bir hastalıktır. Tedavi yöntemleri arasında kemoterapi, cerrahi, radyoterapi ve immünoterapi bulunmakla birlikte, yan etkiler, hızlı ilaç direnci ve yüksek maliyetler gibi zorluklar nedeniyle kanser, hala önemli bir sağlık sorunudur. Kanser ilaçlarının %60'ından fazlası doğal bileşiklerden elde edildiğinden, bitki türevli biyoaktif bileşenler kanser tedavisinde büyük önem taşımaktadır. Apoptoz mekanizmalarının daha iyi anlaşılması ise kanser gibi hastalıkların tedavisinde yeni, hedefe yönelik yaklaşımlar geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada, betülinik asidin (BA) A549 akciğer kanseri hücre hattı üzerindeki sitotoksik ve apoptoz indükleyici etkisi ile bu etkilerin altında yatan moleküler mekanizmaların araştırılması amaçlanmıştır.
A549 hücre hatları farklı BA konsantrasyonları ile (D1=5, D2=10, D3=15, D4=20, D5=25 ve D6=30 µM) 24 ve 48 saat tedavi edildikten sonra bu sürelerin sonunda hücre canlılığı ve proliferasyonu üzerindeki etkileri MTT testi ile değerlendirildi. Morfolojik değişiklikler faz-kontrast mikroskobu ile gözlemlendi. BA'nın A549 hücrelerindeki IC50 dozu 20 µM olarak belirlendi. Hücre ölüm mekanizmasını aydınlatmak için ikili boyama yöntemi (Hoechst 33342 / PI) ve ADP/ATP oranı ölçümleri yapıldı. BA'nın moleküler düzeyde etkilerini incelemek için RNA sekanslama yapıldı ve gen ekspresyon değişiklikleri biyoinformatik yöntemlerle analiz edildi.
Çalışmamızda, BA'nın A549 akciğer kanseri hücrelerinin büyüme ve çoğalmasını inhibe ettiği bulunmuştur (p<0,05). Bu etkinin, BA'nın kanser hücrelerinde programlanmış hücre ölümü olan apoptozu indüklemesiyle ilişkili olduğu gösterilmiştir. Ayrıca BA'nın A549 kanser hücrelerinde mitokondriyal ve ER stres ilişkili yollarını aktive ederek hücre ölümünü tetiklediğini ortaya koymuştur. Bununla birlikte BA'nın ölüm reseptörlerinin (örneğin FAS ve DR5) ekspresyonunu artırarak hücrelerin ekstrinsik apoptoza da daha duyarlı hale getirdiği gözlemlenmiştir. Bu bulgular, BA'nın akciğer kanseri tedavisinde potansiyel bir ajan olarak değerlendirilme gerekliliğini işaret etmekte olup, klinik uygulamalarda kullanımını araştırmak üzere daha ileri in vivo çalışmalar yapılmasının önemini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Cancer exhibits a high complexity and mortality rate due to the accumulation of dynamic alterations in DNA throughout life. Treatment methods include chemotherapy, surgery, radiotherapy, and immunotherapy; however, cancer remains a significant health issue due to challenges such as side effects, rapid drug resistance, and high proliferation rates. More than 60% of cancer drugs are derived from natural sources, and plant-derived bioactive compounds hold great importance in cancer treatment. A more comprehensive understanding of apoptosis enables the development of novel, targeted therapies applied to diseases like cancer. This study successfully examines the cytotoxic and apoptosis-inducing effects of betulinic acid (BA) on the A549 lung cancer cell line, elucidating the molecular mechanisms underlying these effects.
After treating A549 cell lines with different BA concentrations (D1=5, D2=10, D3=15, D4=20, D5=25, and D6=30 µM) for 24 and 48 hours, the effects on cell viability and proliferation were evaluated using the MTT assay. Morphological changes were observed with phase-contrast microscopy. The IC50 dose of BA in A549 cells was determined to be 20 µM. To elucidate the cell death mechanism, dual staining (Hoechst 33342 / PI) and ADP/ATP ratio measurements were performed. RNA sequencing was conducted to investigate the molecular-level effects of BA, and gene expression changes were analyzed using bioinformatics methods.
Our study found that BA inhibits the growth and proliferation of A549 lung cancer cells (p<0.05). This effect was shown to be associated with the induction of apoptosis, which is programmed cell death in cancer cells. Furthermore, BA was found to trigger cell death in A549 cancer cells by activating mitochondrial and ER stress-associated pathways. Additionally, BA was observed to increase the expression of death receptors (e.g., FAS and DR5), making the cells more susceptible to extrinsic apoptosis. These findings indicate the potential of BA as a therapeutic agent in lung cancer treatment and underscore the importance of further in vivo studies to investigate its clinical application.