In vitro characterization of CLOCK-interacting small molecules that changes the phase of the circadian rhythm
Sikradyen ritmin fazını değiştiren CLOCK ile etkileşime geçen küçük moleküllerin ın-vitro karakerizasyonu
- Tez No: 836759
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyokimya, Genetik, Kimya, Biochemistry, Genetics, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
24 saatlik içsel biyolojik döngüler olarak tanımlanan sirkadyen ritimler, uyku/uyanıklık süreçleri, hormon salınımları, vücut sıcaklığının düzenlenmesi ve kan basıncı dalgalanmaları da dahil olmak üzere bir dizi fizyolojik süreci yönetir. Bu ritimler, prokaryot siyanobakterilerden memelilere ve bitkilere kadar geniş bir organizma yelpazesinde genetik olarak korunur ve organizmanın çevresel değişkenlere göre uyum başarısını artırır. Memelilerde, bu ritmik döngülerin düzenlenmesi iki temel düzeyde gerçekleşir. Organizma düzeyinde saat, suprakiazmatik nükleusta bulunan“ana saat”aracılığıyla, sempatik ve parasempatik yolaklar kullanılarak senkronize edilir. Moleküler düzeyde ise, iç içe geçmiş transkripsiyonel ve translasyonel geri bildirim döngüleri saat mekanizmasını düzenler. CLOCK, BMAL1, CRY ve PER gibi temel proteinler saat mekanizmasının işlevi için temeldir. Öncelikle transkripsiyon faktörleri CLOCK ve BMAL1 dimer oluşturur. Daha sonra bu dimer, Cry ve Per gibi saat kontrollü genlerin E-kutucuğuna bağlanarak transkripsiyonlarını başlatır. PER'ler ve CRY'lar sitoplazmada biriktikten sonra heterodimer oluşur ve Kazein Kinaz Iε (CKIε) ile bağlanarak çekirdeğe taşınır. Sonuç olarak bu kompleks CLOCK:BMAL1 kaynaklı transkripsiyonu inhibe eder. Dikkatlice organize edilmiş bu ritmin bozulması, metabolik ve kardiyovasküler hastalıklar, kanser, uyku bozuklukları, depresyon ve Alzheimer gibi ciddi patolojilere yol açabilen önemli sağlık sonuçları doğurabilir. Bu nedenle, sirkadyen saati düzenleme kapasitesi olan küçük moleküllerin arayışı umut verici bir potansiyele sahiptir. Bu çalışmanın amacı yapının temel alındığı ilaç tasarımı kullanarak CLOCK proteininin etkinliğini değiştirebilen yeni küçük moleküllerin belirlenmesidir. Bu çalışmada milyonlarca molekülün bilgisayar ortamında analizi sonucunda, aday ilaç molekülleri kapsamlı bir değerlendirme sürecinden geçti ve seçildi. Seçilen moleküller sentezlendikten sonra ve sirkadyen ritim üzerindeki etkilerini değerlendirmek için hücre temelli biyokimyasal ve moleküler deneyler aracılığıyla taramaya tabi tutuldu. Bu taramaların sonucunda faz değiştiren küçük moleküller, sirkadyen ritme bağlı olarak ortaya çıkan hastalıkların tedavisi için potansiyel oluşturdukları için karakterize edildi.
Özet (Çeviri)
Circadian rhythms, the intrinsic 24-hour biological cycles, govern a myriad of physiological processes, including sleep/wake sequences, hormonal oscillations, thermoregulation, and blood pressure fluctuations. These rhythms are predominantly conserved across a broad spectrum of organisms, from prokaryotic cyanobacteria to complex eukaryotes such as mammals and plants, and they enhance an organism's adaptive capabilities in relation to their environmental context. Within mammals, the regulation of these rhythmic patterns occurs on two primary levels: the organismal level, where the master clock situated in the suprachiasmatic nuclei (SCN) synchronizes the circadian clock through a delicate interplay of neuronal and hormonal cues, and the molecular level, where intricate transcriptional-translational feedback loops (TTFLs) modulate the clock mechanism. Key proteins such as CLOCK, BMAL1, CRYs, and PERs are integral to the functionality of the clock mechanism. The protein interaction begins with transcription factors CLOCK and BMAL1 forming a heterodimer that binds to the E-BOX of clock-controlled genes, such as Cry and Per, thereby initiating their transcription. Following accumulation of PERs and CRYs in the cytosol, a heterodimer forms and, upon binding with Casein Kinase Iε, translocates into the nucleus to inhibit CLOCK:BMAL1 driven transcription. Subsequent degradation of CRYs and PERs through ubiquitin-dependent proteasomal degradation lifts this transcriptional repression, triggering the commencement of a new cycle. Disruptions to this carefully orchestrated rhythm can have significant health implications, potentially precipitating severe pathologies like metabolic and cardiovascular diseases, cancer, sleep disorders, depression, and Alzheimer's disease. Consequently, the search for small molecules capable of regulating the circadian clock holds promising potential. The objective of this study is to identify novel small molecules that can engage, and subsequently modulate the activity of the CLOCK protein, utilizing structure-based drug design. Following an in silico analysis of millions of molecules, candidate drug molecules were chosen through a comprehensive evaluation process. These selected molecules were synthesized and subjected to in vitro screening to assess their circadian rhythm attributes. The resulting phase-altering small molecules were then further characterized to elucidate their potential in treating circadian rhythm-related pathologies.
Benzer Tezler
- Characterization of a small molecule stabilizing cryptochrome 1 in the mammalian circadian clock
Memeli sirkadyen saatinde kriptokrom 1'i stabilize eden bir küçük molekülün karakterizasyonu
ZEYNEP MELİS GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyokimyaKoç ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- In silico and in vitro analysis of CLOCK gene SNPs from 1000 genome project
1000 genom projesinde yer alan CLOCK geni tek nükleotid polimorfizmlerinin in silico ve in vitro analizleri
SEDEN NADİRE EFENTI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Design and synthesis of complex biomacrolecules and their use in various applications
Karmaşık biyomakromoleküllerin tasarımı, sentezi ve değişik uygulamalarda kullanımı
SEVİM MANOLYA KUKUT
Doktora
İngilizce
2012
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. OKŞAN KARAL-YILMAZ
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- İlaç taşıyıcı sistemlerde kullanılmak üzere kansere hedeflendirilmiş poli(2-etil-2-oksazolin) temelli nanopartiküllerin sentezleri ve karakterizasyonları
Synthesis and characterizations of cancer-targeted poly(2-ethyl-2-oxazoline) based nanoparticles for use in drug delivery systems
SEVGİ GÜLYÜZ
Doktora
Türkçe
2021
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK
DR. ÖZGÜR YILMAZ
- Development and characterization of silk fibroin and citrus pectin based scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliğine yönelik ipek fibroini ve turunçgil pektini tabanlı taşıyıcıların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
SİBEL ATAOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEN TEZCANER
DOÇ. DR. AKIN AKDAĞ