Identification of small molecules regulating the cryptochrome activity in the mammalian circadian clock
Memeli sirkadiyen saatinde kriptokrom aktivitesini düzenleyen küçük molekül belirlenmesi
- Tez No: 592453
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Moleküler Tıp, Biochemistry, Molecular Medicine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 154
Özet
Sirkadiyen ritim, siyanobakterilerden insanlara, bulunduğu organizmaların davranışsal, biyokimyasal ve fiziksel aktivitelerinin 24 saatte bir tekrarlanarak kontrol edilmesini sağlayan mekanizma olarak tanımlanır. Bu ritim içsel ve kendiliğinden olmasına rağmen çevresel ve sosyal faktörler ritmin fazını sirkadyen saat mekanizmasıyla 24 saate hassas olarak ayarlamaktadır. Memelilerde süprakiazmatik çekirdekte (SCN) bulunan ana saat bütün dokulardaki saatleri hormonlar ve sinir hücreleri sinyalleri ile senkronize etmektedir. Moleküler düzeyde saat mekanizması iç içe geçmiş iki adet transkripsiyon/translasyon geri bildirim döngüsü ile kontrol edilmektedir. Dört temel saat proteini saati idame ettirmektedir: bunlardan iki tanesi aktifleştirici (BMAL1 ve CLOCK) ve iki tanesi de baskılayıcıdır (PER ve CRY). BMAL1-CLCOK dimer oluşturarak, Cry ve Per genlerini de kapsayan protein kodlayan genlerin yaklaşık %40'ının promotör bölgesinde bulunan E-kutucuğuna bağlanır. PER ve CRY proteinleri sitoplazmada birikip çekirdeğe geçer ve CLOCK-BMAL1 ile etkileşir. Bu etkileşim zaman bağlı olarak ifade edilen genlerin ifadelerinin baskılanmasını sağlamakta ve bu durum 24 saatlik bir ritimle tekrarlanmaktadır. Hormon salınımı ve uyku-uyanma döngüsü gibi çeşitli biyolojik süreçler sirkadyen saat tarafından kontrol edilmektedir. Bu sebeple saatteki aksaklıklar depresyon, jet-lag, uyku bozukluğu, sinirsel hastalıklar, kalp-damar rahatsızlıkları, kanser, diyabet ve obezite gibi çeşitli hastalıklara yatkınlığı artırmaktadır. Ana saat proteinlerinden CRY, diyabet ve kanser ile ilişkilendirilmiştir. Yüksek CRY seviyesi karaciğerde glukagona bağlı glukoneogenezi baskılamakta iken, CRY'nin yokluğu kanserli farelerde apoptoza hassasiyeti artırmaktadır. Bundan dolayı CRY kararlılığını artıran ajanlar tip 2 diyabet tedavisi için kullanılabilirken, diğer taraftan CRY kararlılığını azaltan ajanlar kanser tedavisi için bir umut taşımaktadır. Bu çalışmada, yapıya bağlı ilaç tasarımı metodu ile CRY kararlılığını düzenleyen orijinal küçük moleküller keşfetmeyi hedefledik. İlk olarak fonksiyonu daha önceden belirlenmemiş ~2 milyon molekül, bilgisayar ortamında CRY'nin birinci ve ikinci çukurlarına yerleştirme metodu ile taranmıştır. Devamında, aday molekül sayısı hücre temelli sirkadyen ritim ve lusiferaz ile füzyon CRY1 proteininin yıkımı deneyleri gibi çeşitli biyokimyasal ve moleküler deneyler kullanılarak derece derece azaltılmıştır. En sonunda CRY1'e seçici olarak bağlanan ve onu kararsızlaştıran bir molekül (M47) tanımladık. M47, U2OS-Bmal1-dLuc hücrelerinde sirkadyen ritmin periyodunu uzatmış, genliğini azaltmış, CRY1 seviyesini düşürmüş ve sirkadyen gen çıktılarının ifadesini artırmıştır. İlave olarak, in vivo çalışmalarımız farelerin M47'nin belli dozlarını tolere edebildiğini ve M47'nin kanda 6 saat kaldığını, karaciğerde CRY1 seviyesini düşürürken Per2 ifadesini artırdığını göstermiştir. Çalışmamızda son olarak M47'nin p53-/- MEF hücrelerinde apoptozu artırdığını gösterdik. Farelerdeki toksisite ve farmakokinetik parametreler M47'nin P53 mutasyonuna bağlı olan kanser tedavilerinde ve diğer CRY1'e bağlı hastalıkların tedavilerinde kullanılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The circadian rhythm controls the behavioral, biochemical and physical activities of the organisms in which exists from cyanobacteria to human. Although this rhythm is endogenous, environmental and social factors entrain the rhythm to align its phase exactly to 24h via circadian clock mechanism. In mammals, master clock located in the suprachiasmatic nuclei (SCN) synchronizes all clocks located in tissues via hormones and neuronal signals. The clock mechanism is controlled by two interconnected transcription/translation feedback loops (TTFL) at the molecular level. Four integral clock proteins drive the clock. These are two activators (BMAL1 and CLOCK) and two repressors (PER and CRY). BMAL1-CLOCK forms the dimer and binds to E-box in the promoter region of genes (~40% of all genes translated to proteins) including Cry and Per. PER and CRY proteins accumulate in the cytoplasm and translocate to the nucleus to inhibit BMAL1-CLOCK driven transactivation. Diverse biological processes like hormone secretion and sleep-wake cycles are controlled by the circadian clock. Therefore impairment of the clock increases the susceptibility to various diseases, such as depression, jetlag, sleep disorders, neurological and cardiovascular diseases, cancer, diabetes, and obesity. Among the core clock proteins, CRY is associated with diabetes and cancer. While high CRY abundance inhibits glucagon dependent gluconeogenesis in the liver, loss of CRY increases the susceptibility to apoptosis in cancer mice. Thus, while agents enhancing the stability of CRY can be utilized in the treatment of type2 diabetes; on the other hand agents diminishing the CRY stability can be a hope for cancer treatment. In this study, we aimed to discover novel small molecules regulating CRY stability by utilizing the structure-based drug design approach. Initially, ~2 million molecules with non-identified functions were docked to primary and secondary pockets of CRY1 in silico and then the number of selected molecules was gradually narrowed down by employing different biochemical and molecular assays such as by analyzing the effect of molecules on the cell-based circadian rhythm and degradation rate of CRY1 fused with luciferase. Finally, we identified a CRY1-binding small molecule (M47) that selectively destabilized CRY1. M47 increased period length and dampened the amplitude of the circadian rhythm, decreased the level of CRY1 and enhanced the circadian output gene expressions in U2OS Bmal1-dLuc cells. Further in vivo studies showed that mice could tolerate certain dosages of M47 where M47 had a half-life of 6h in blood and destabilized CRY1 and increased Per2 expression in mice liver. Finally, we showed that M47 enhanced apoptosis in p53-/- MEF cells. The toxicity and pharmacokinetic parameters from mice studies suggested that M47 may be used to improve the effectiveness of cancer treatment related to p53 mutations and other type of diseases related to CRY1.
Benzer Tezler
- Stabilization of the CLOCK:BMAL1 heterodimer decreases circadian rhythm amplitude
CLOCK:BMAL1 heterodimer stabilizasyonu sirkadiyen ritim genliğini düşürüyor
ŞAFAK İŞİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyokimyaKoç ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Rat hipotalamusunda deksmedetomidinin indüklediği hipertermi mekanizmasının proteomiks analizi ile araştırılması
Investigation of the mechanism of dexmedetomidine-induced hyperthermy in the rat hypothhalamus by proteomics analysis
ÜMRA GÖKÇE DEMİR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2021
Anestezi ve ReanimasyonBezm-i Alem Vakıf ÜniversitesiAnesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRETTİN DAŞKAYA
- Kanser tedavisine yönelik MDM2-p53 eksenini ilaç yeniden konumlandırması ile hedeflemek
Targeting the MDM2-p53 axis with drug repurposing for cancer treatment
NAEEM ABDUL GHAFOOR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL YILDIZ
- Targeting bag-1S/C-raf interaction for therapeutic intervention in cancer
Bag-1S/C-raf etkileşiminin kanserde terapötik bir yaklaşım olarak kullanılmak üzere hedeflenmesi
ÖZGE TATLI
Doktora
İngilizce
2022
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY
- Çeşitli miRNA belirteçlerinin semen özgünlüğünün araştırılması
Investigation of the semen-specificity of various miRNA markers
MUSTAFA ÜRÜN AY