Geri Dön

Manipulating and visualizing the energy metabolism in single cells using chemogenetic tools and genetically encoded biosensors

Tek hücre bazında enerji metabolizmasının kemogenetik araçlar ve genetik olarak kodlanmış biyosensörler kullanarak manipüle edilmesi ve görüntülenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 711169
  2. Yazar: ZEYNEP ÇOKLUK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. LEVENT ÖZTÜRK, DR. EMRAH EROĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyokimya, Biochemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 61

Özet

Mitokondri doğrudan veya dolaylı olarak hücrelerin karar verme mekanizmasını etkiler. Bu organeller, hücrenin güç merkezi olarak bilinir ve ATP'nin üretilmesinden sorumludur. Enerji üretiminin sonucunda, reaktif oksijen türleri (ROS) olarak bilinen süperoksit anyonu (O2-), hidroksil radikali (OH-), hidrojen peroksit (H2O2) ve peroksinitrit (ONOO-) gibi oldukça reaktif yan ürünler ve reaktif nitrojen türleri doğal olarak üretilir. Son yıllarda, daha düşük ROS seviyelerinin önemli hücresel sinyal yollarını yönlendirdiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, uygun araçların olmaması nedeniyle, hücre içi ROS seviyelerini manipüle etmek zorlu bir görev olarak kaldı. Yakın tarihli bir çalışmada, D-amino asit oksidaz (DAAO) olarak adlandırılan ve yüksek çözünürlüğe sahip hücre içi H2O2 seviyelerinin üretilmesini sağlayan kemogenetik yöntem geliştirdik. Bu çalışma, kemogenetik araçları H2O2 için HyPer7, ATP için MaLionR, Kalsiyum için R-GECO ve Glikoz için FLII12Pglu-700μδ6 gibi genetik olarak kodlanmış biyosensörler ve ayrıca tetrametilrodamin metil ester (TMRM) gibi kimyasal sensörler ile birleştirerek multiparametrik görüntüleme tekniklerinden yararlandık. Bu araçlar, eşzamanlı olarak ROS oluşturmak ve kanser hücrelerinde çeşitli sinyal yolları (hücre içi kalsiyum sinyali) ve enerji metabolizması (mitokondriyal membran potansiyeli, glikoz alımı ve ATP üretimi) üzerinde H2O2'nin hücredeki etkilerini görselleştirmek için DAAO'larla birleştirilmiştir. Kemogenetik olarak üretilen H2O2'nin Ca2+ ve glukoz düzeylerini etkilemediğini, ATP düzeylerinin ise önemli ölçüde etkilendiğini gözlemledik. H2O2 seviyelerindeki güçlü artışın mitokondriyal membran potansiyelini bozduğunu gözlemledik. Ayrıca, HeLa hücrelerinde kronik H2O2 üretiminin, glikoz yoksunluğumda mitokondriyal ATP seviyelerinde ters etkiye yol açtığını gözlemledik. H2O2 tarafından hücresel düzeyde aktive edilen sinyal yollarının seçici olarak görüntülenmesi için kemogenetik araç mDAAO ve biyosensörlerin kullanılmasının, redoks sinyalleşmesinde yerel olarak üretilen H2O2'nin hücreye ne kadar yararlı veya hücreye zarar verebileceğinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacağını düşünüyoruz.

Özet (Çeviri)

Mitochondria directly or indirectly affect cell fate. These organelles are known as the powerhouse of the cell and are responsible for generating ATP. As a consequence of energy production, highly reactive byproducts such as superoxide anion (O2-), hydroxyl radical (OH-), hydrogen peroxide (H2O2), and peroxynitrite (ONOO-), all collectively known as reactive oxygen species (ROS) or reactive nitrogen species are produced. In recent years it has been established that lower ROS levels drive important cellular signaling pathways, particularly H2O2. In a recent study, we developed an H2O2 generating chemogenetic tool referred to as D-amino acid oxidase (DAAO) that permits the generation of subcellular H2O2 levels with high spatial and temporal resolution. This study exploits multiparametric imaging approaches by combining chemogenetic tools with genetically encoded biosensors HyPer7 for H2O2, MaLionR for ATP, R-GECO for Calcium, and FLII12Pglu-700μδ6 for Glucose, and also chemical sensors such as tetramethylrhodamine methyl ester perchlorate (TMRM) for multispectral live-cell imaging of the membrane potential in cancer cells. These approaches allowed us to simultaneously generate ROS and visualize the downstream effects of H2O2 levels on various signaling pathways (subcellular calcium signaling) and the energy metabolism (mitochondrial membrane potential, glucose uptake, and ATP generation) in cancer cells. We observed that chemogenetically produced H2O2 did not affect Ca2+ and glucose levels while ATP levels were significantly affected. We documented that robust increase in mito-H2O2 levels disrupted the mitochondrial membrane potential. We also documented that chronic H2O2 production in HeLa cells reversed mitochondrial ATP production upon glucose deprivation. Our results demonstrate that utilizing chemogenetic tools paired with genetically encoded biosensors may serve as an informative approach to investigate the implications of oxidative stress in cancer energy metabolism.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    723352

    Mimarlık eğitiminde uzamsal yetenek sorunsalı

    Spatial ability problematic in architectural education

    MESUT DURAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RİFAT GÖKHAN KOÇYİĞİT

    PROF. DR. UFUK DOĞRUSÖZ

  2. Tez No

    112545

    Modeling cellular processes with patika

    Patika ile hücresel olayların incelenmesi

    EMEK DEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2001

    Biyolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. RENGÜL ÇETİN ATALAY

  3. Tez No

    794437

    Measuring and improving mental rotation ability in three dimensions: A holistic investigation

    Zihinsel döndürme becerisini üç boyutlu ortamda ölçmek ve geliştirmek: Bütünsel bir araştırma

    ZEYNEP PİRİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Eğitim ve ÖğretimOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKNUR KAPLAN

  4. Tez No

    901216

    Müzik miksinin okülersentrik dönüşümü üzerine bir değerlendirme

    An evaluation on the ocularcentric transformation of music mixing

    CÜNEYT GÜRENÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Eğitim ve Öğretimİstanbul Teknik Üniversitesi

    Müzikoloji ve Müzik Teorisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERTAÇ KAKI

  5. Tez No

    137104

    Cumhuriyet sonrası Türkiye'de fotoğraf

    Photograph in Turkey after in establishment of republic

    SALİHA DIRAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Sahne ve Görüntü SanatlarıMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    Fotoğraf Ana Sanat Dalı

    PROF. DR. AHMET ÖNER GEZGİN

Geri Dön