Pankreatik beta hücresi genlerinin sentetik mRNA'larının polisistronik olarak dizaynı, in vitro sentezi ve karakterizasyonu
Polistronic design, in vitro synthesis and characterization of synthetic mRNAs of pancreatic beta cell genes
Yazar: FATMA AKÇAKALE
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET FATİH CENGİZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ERSİN AKINCI
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Moleküler Tıp = Molecular Medicine ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology

Özet:
Hücrelere DNA veya RNA'yı etkili ve güvenilir bir şekilde in vitro ve in vivo koşullarda aktarmak için transfer yöntemleri gerekmektedir. Gen aktarım yöntemleri genel olarak viral vektörler ve viral vektör kullanılmayan yöntemler olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Viral vektörlerde, hücrelere genetik materyal aktarmak için virüslerin doğal bulaşıcılığından yararlanılmaktadır. Viral vektörlerin dezavantajları immünojenite ve aktarılan genetik materyalin genoma rastgele yerleşmesidir. Viral vektör kullanılmayan yöntemler genetik materyali hedef hücrelere aktarmak için fiziksel yöntemlerden veya kimyasal bileşiklerden yararlanmaktadır. Kimyasal yöntemler genellikle viral vektörlerden daha az immünojenik olmakla birlikte daha güvenlidir. Viral vektör kullanılmayan yöntemlerde in vitro transkripsiyon ile oluşturulan mRNA, ticari olarak temin edilebilen kitlerle kolayca elde edilebildiğinden, terapötik gen iletiminde plazmit DNA yerine kullanmak için etkili bir yöntemdir. Çeşitli mRNA modifikasyonları ve aktarım yöntemleri birleştirilerek, mRNA gen terapisinin etkinliği büyük ölçüde geliştirilmiştir. Monosistronik mRNA kullanılarak yapılan beta hücre farklılaşması için üç ana transkripsiyon faktörünün (PDX1, NGN3 ve MAFA) hücre içinde eksprese olması gerekmektedir. Monosistronik olarak sentezlenen her bir genin mRNA'larının aynı hücre hatlarına transfeksiyonu sonucu yapılan çalışmalarda hücre farklılaşması düşük verimlilikle sonuçlanmıştır. Bu çalışmada sentetik polisistronik mRNA teknolojisi kullanılarak transfeksiyon ve programlama veriminin yükseltilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda PDX1, NGN3 ve MAFA transkripsiyon faktörlerine ait mRNA'ların polisistronik olarak tasarlanması, in vitro sentezi ve AR42J-B13 hücreleri ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda sentetik polisistronik mRNA dizaynı ve in vitro sentezi başarılı bir şekilde gerçekleştirilerek ekzogenik Pdx1, Ngn3 ve MafA genlerinin aktivasyonu başarılı bir şekilde gösterilmiştir.

Abstract:
Effective and reliable methods are required to transfer genetic materials in vitro and in vivo such as  DNA and RNA into to cells. Gene transfer methods generally are divided into two groups: viral and non-viral methods. In viral methods, the natural contagion of viruses is used to transfer genetic material to cells. The biggest limitations of viral methods are their potential immunogenicity and random insertion into the genome. Non-viral methods includes the use of physical or chemical compounds to transfer genetic material into the target cells. Chemical methods are generally less immunogenic and relatively safer than viral vectors. mRNA generated by in vitro transcription in non-viral methods is an effective method for using plasmid DNA instead in therapeutic gene transmission, as it can be easily obtained with commercially available kits. By combining various mRNA modifications and transfer methods, the effectiveness of mRNA gene therapy has been greatly improved. For beta-cell differentiation, three major transcription factors (PDX1, NGN3 and MAFA) has to be expressed within the cell. In previous studies where these transcription factors were transfected monocıstronically, reprogramming resulted in low efficiency. In this study, it was aimed to increase the reprogramming efficiency by using polycistronic mRNA technology. The aim of this thesis study is to design mRNAs of PDX1, NGN3 and MAFA transcription factors as polycistronic, in vitro synthesis and characterization by AR42J-B13 cells. As a result of the studies, synthetic polycistronic mRNA design and in vitro synthesis were successfully performed and the activation of endogenic Pdx1, Ngn3 and MafA genes were successfully demonstrated.