Hipoksi koşullarda kanser hücrelerinin glukoz metabolizması ve apoptozunun incelenmesi
Investigation of glucose metabolism and apoptosis of cancer cells under hypoxia conditions
Yazar: YÜKSEL ÖĞÜNÇ KEÇECİ
Danışman: PROF. DR. ZERRİN SELLER
Anadolu Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Apoptozis = Apoptosis ; HIF-1a = HIF-1a ; Hipoksi = Hypoxia ; Neoplazm kök hücreleri = Neoplastic stem cells ; Neoplazmlar = Neoplasms

Özet:
Kanser hücrelerinin birçoğu "Warburg etkisi" olarak adlandırılan normoksik koşullar altında bile daha çok hızlandırılmış glikolizle enerji üretmekte ve laktik asit fermantasyonu yapmaktadır. Apoptoz mekanizmasının tetiklenmemesi için yeniden programlanmış metabolizmadan faydalanırlar. Tez kapsamında, insan akciğer karsinoma hücreleri (A549), 5 mM glukoz (Gli 5), 25 mM glukoz (Gli 25) ve 10 mM galaktoz içeren (OKSFOS/aglisemik) normoksik ya da hipoksik ortamda inkübe edilerek, biyoenerjetik yolu ve apoptoz mekanizması incelenmiştir. HIF-1a stabilizasyonun 4. saatte maksimum seviyeye ulaştığı belirlenmiştir. Hem normoksi hem de hipoksi koşullarda glikolitik hücrelerin OKSFOS hücrelerine göre yaklaşık 20 kat fazla laktat ürettiği ve daha yüksek p-PDH/PDH oranına sahip olduğu tespit edilmiştir. Hipoksi ortamda inkübe edilen hücrelerde metabolik koşullardan bağımsız olarak, sitrat sentaz aktivitesinin normoksi ortama göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Gli 5 ve Gli 25 hücrelerinin normoksi altında ATP üretiminin hipoksideki Gli 5 ve Gli 25 hücrelerine göre daha fazla olduğu görülmüştür. OKSFOS hücreleri ise hipokside daha fazla ATP üretimi sergilemiştir. Hipoksi koşulda aglisemik OKSFOS hücrelerinin erken apoptoz (%15.5±7.1), kaspaz-3 (%6.1±0.9), kaspaz-9 (%30.4±0.9) aktivitesinde ve sitokrom c ekspresyon seviyesinde artış olurken, mitokondriyel membran potansiyelinde (%51.9 ±0.4) düşüş tespit edilmiştir. Bu çalışma sonucunda HIF-1α tarafından düzenlenen yeniden metabolik programlamaya rağmen aglisemik ortamda oksidatif fosforilasyonun işlevsel hale geldiği ve apoptozun tetiklendiği belirlenmiştir. Bu veriler terapötik müdahalede hedeflerin belirlenebilmesi açısından önem taşımaktadır.

Abstract:
Many of the cancer cells produce energy with accelerated glycolysis and perform lactic acid production even under normoxic conditions called "Warburg effect". They benefit from reprogrammed metabolism so that the apoptosis mechanism is not triggered. In this thesis, human lung carcinoma cells (A549) were incubated in normoxic and hypoxic environment containing 5 mM glucose (Gli 5), 25 mM glucose (Gli 25) and 10 mM galactose (OXPHOS/aglicemic), and the bioenergetic pathway and apoptosis mechanism were investigated. It was determined that HIF-1a stabilization reached the maximum level at the 4th hour. It has been found that glycolytic cells produce approximately 20 times more lactate than OXPHOS cells under both normoxia and hypoxia conditions and have a higher p-PDH/PDH ratio. It has been determined that citrate synthase activity in hypoxia of all metabolic conditions is lower than normoxia. It has been determined that Gli 5 and Gli 25 cells have more ATP production under normoxia than Gli 5 and Gli 25 cells in hypoxia. OXPHOS cells showed more ATP production in hypoxia. In hypoxia condition, aglycemic OXPHOS cells increase in early apoptosis (15.5% ±7.1), caspase-3 (6.1% ± 0.9), caspase-9 (30.4% ± 0.9) activities and high cytochrome c expression level, while a decrease has been detected in mitochondrial membrane potential (51.9%±0.4). As a result of this study, it was determined that oxidative phosphorylation became functional in aglycemic environment and apoptosis was triggered despite the metabolic programming regulated by HIF-1a. These data are important in determining targets for therapeutic intervention.