Biophysical characterization of proteins in solution and human fluids for cancer diagnosis applications using Fourier transform infrared spectroscopy
Fourier dönüşüm kızılötesi spektroskopisi kullanarak proteinlerin çözelti içindeki formları ile kanser teşhisi uygulamalarında insan sıvılarınının biyofiziksel karakterizasyonu
- Tez No: 442185
- Danışmanlar: PROF. DR. FERİDE SEVERCAN, PROF. DR. METE SEVERCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biyoloji, Biophysics, Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Proteinler hücre içinde yapısal ve düzenleyici olarak önemli rol alırlar. Protein yapılarını anlamak, onların etki mekanizmalarını anlamada oldukça yardım sağlar. Protein çalışmalarında, FTIR ve CD gibi optik spektroskopik teknikler, X-ışınları gibi yüksek çözünürlüklü tekniklerin gerek duyduğu karışık örnek hazırlama yöntemleri olmaksızın kullanılabilir. Amid I bandından protein ikincil yapılarını tahmin etmek için eğri benzeştirme ve dekonvolüsyon gibi farklı teknikler kullanılabilir. Fakat bu teknikler uzman kullanıcılara gereksinim duyar ve sonuçlar kullanıcıya bağlıdır. Bu çalışmada, FTIR geçirgenlik modu kullanılarak bilinen proteinlere ait bir FTIR protein veri seti oluşturuldu. Bu veri seti, yapay sinir ağı için eğitici set olarak kullanıldı. Proteinlerin sayısı sınırlı (35 protein) olduğu için, sinir ağlarının eğitimi ve testi için leave-one-out yaklaşımı kullanıldı. Sınırlı sayıda proteinler veri kümesi içinde genelleştirilmiş YSA elde etmek için, kesikli dalgacık dönüşümü (DWT) amid I bandı için veri indirgeme tekniği olarak başarıyla kullanılmıştır. YSA'ların tahmin sonuçları, viii sırasıyla tabaka, heliks ve diğer yapılarda 96.88%, 93.92% ve 95.98% başarı göstermiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, insan Apo ve Holo-transferrin yapısı ve termal denatürasyon davranışları seyreltik ve yapay kalabalık ortamda FTIR spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. Amid I bandı analizlerinden çıkarıldığı üzere moleküler kalabalıklık olarak Dekstran 70 ve Ficoll 70 transferrinin ikincil yapısı üzerinde önemli bir etkisi olmamıştır. Bununla birlikte, üçüncül yapıda değişikliğe yol açmıştır, çünkü zamanın fonksiyonu olarak artık amid II bandın şiddetinin izlenmesi ile hidrojen-döteryum dönüşümünde önemli farklılıklar görülmüştür. 2D-IR korelasyonu kullanılarak transferrinin termal denatürasyon çalışması, seyreltik ve yapay kalabalık bir ortamda iki farklı toplanmış ikincil yapı desenleri gösterdi. Son olarak, malign plevral mezotelyoma (MPM), akciğer kanseri (LC) ve benign transüda (BT) hastalıkları için insan plevral sıvısı proteinlerinin ikincil yapısı ATR-FTIR spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. Dalgacık analizi, amid I spektral özelliklerini çıkarmak için uygulandı. Çıkarılan özellikler önceden eğitilmiş yapay sinir ağı için bir girdi olarak kullanılmıştır (bu tezin 1. bölümü). YSA sonuçları, BT, LC ve MPM plevral sıvı örneklerinin protein içeriğinde önemli farklılıklar göstermiştir. Plevral sıvı proteinleri ikincil yapı kemometrik sonuçları, MPM'in akciğer kanseri ve benign transüdadan ayrımı için % 88 duyarlılık ve % 100 özgüllük ile doğru, uygun maliyetli bir yönteme sebep olmuştur.
Özet (Çeviri)
Proteins play very important roles in cells regulation and structure. Understanding of proteins structures greatly help in understanding of the mechanism of action of these proteins. The optical spectroscopic techniques such as Fourier transform infrared (FTIR) and circular dichroism (CD) spectroscopy can be used to study proteins in its native environment without complicated sample preparations that is required for a high resolution technique such as x-ray. In order to calculate the protein secondary structure from amide I band in FTIR spectra, different methods can be used such as curve fitting and deconvolution. However, these techniques have some disadvantages due to the noise and dependence on the operator. In this study, a protein FTIR dataset of known proteins structures was produced using FTIR transmission mode. This database was used as a training set for an artificial neural networks (ANNs). Because of the limited number of our proteins in the dataset (35 proteins), a leave-one-out approach for training and testing our neural networks was performed. To achieve generalized ANNs in a limited number proteins dataset, discrete wavelet transform (DWT) was successfully used as a data reduction technique for amide I spectra. The results of vi ANNs predictions showed 96.88%, 93.92% and 95.98% success in β-sheets, α-helix and other structures respectively. In the second part of this thesis, Human Apo- and Holo-transferren structure and their thermal denaturation behavior in dilute and artificial crowded environment was studied using FTIR spectroscopy. Dextran 70 and Ficoll 70 as a“molecular crowder”did not have a major effect on the secondary structure of transferrin as deduced from the analysis of the amide I band. However, it does alter the tertiary structure since significant differences in hydrogen-deuterium exchange was seen by monitoring the intensity of the residual amide II band as a function of time. The study of transferrin thermal denaturation using 2D-IR showed two different aggregated secondary structures patterns in dilute and in an artificial crowded environment. Finally, the proteins secondary structure of human pleural fluid accumulated due to malignant pleural mesothelioma (MPM), lung cancer (LC) and benign transudate (BT) was studied using attenuated total reflectance FTIR spectroscopy. Wavelet analysis was performed to extract the amide I spectral features. The extracted features were used as an input for the previously trained artificial neural network in the first part of this thesis. The ANNs results indicated significant differences in protein content of BT, LC and MPM pleural fluid samples. The chemometric results of the plural fluid proteins secondary structure lead to an accurate, cost effective method for the diagnosis of MPM from lung cancer and benign transudate with 88% sensitivity and 100% specificity.
Benzer Tezler
- Development of viscoelastic particle migration for microfluidic flow cytometry applications
Mikroakışkan akış sitometrisi uygulamarında viskoelastik parçacık hizalama tekniğinin geliştirilmesi
MURAT SERHATLIOĞLU
Doktora
İngilizce
2020
Biyofizikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Computer-aided characterization of proteins and anticancer agents
Proteinlerin ve kanser ilaçlarının bilgisayar destekli karakterizasyonu
Z.ÖZLEM KESKİN
Doktora
İngilizce
1999
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İVET B. BAHAR
- Doğal ve sentetik polimerlerin değişik kombinasyonları ile hazırlanan ilaç ve gen taşıyıcı sistemler: Sentez ve karakterizasyonları ile birlikte uygulama alanlarının belirlenmesi
Drug and gene delivery systems of synthetic and natural polymers: Synthesis, characterization and biomedical applications
CEYDA ŞİMŞEK
- Katkısız ve ZnO nanoparçacık katkılı NIPAM nanojellerininsentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of undoped and ZnO nanoparticles doped NIPAM nanogels
OĞUZ GÜRCÜOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Durum wheat metallothionein mutants and their biophysical characterization
Makarnalık buğday metallotionin mutantları ve biyofiziksel karakterizasyonu
CEREN SAYGI