Kimyasal yeniden programlama ajanının Arabidopsis thaliana'nın somatik embriyogenezi üzerindeki moleküler etkileri
Molecular effects of a chemical reprogramming agent on somatic embryogenesis of Arabidopsis thaliana
- Tez No: 981296
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN MERİÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Genetik, Biyoloji, Biyoteknoloji, Genetics, Biology, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Arabidopsis thaliana, RNA dizileme, Somatik embriyogenez, Arabidopsis thaliana, RNA sequencing, Somatic embryogenesis
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Kültür Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çok hücreli organizmalarda hücre kaderinin belirlenmesi, gen anlatımının epigenetik düzeyde hassas bir biçimde düzenlenmesiyle sağlanır. Bu süreçlerin önemli örneklerinden biri olan somatik embriyogenez, farklılaşmış hücrelerin yeniden programlanarak embriyo benzeri yapılara dönüşmesini ifade eder. Bu olay, bitkilerin gelişimsel yeniden programlanabilirliğinin en çarpıcı örneklerinden biri olup, hayvansal sistemlerdeki hücresel yeniden programlama ve pluripotensi oluşum süreçleriyle yüksek düzeyde benzerlik göstermektedir. Her iki sistemde de epigenetik düzenlemeler (DNA metilasyonu, histon modifikasyonları ve kromatin yeniden yapılanması) hücre kimliğinin yeniden tanımlanmasında kritik rol oynar. Histon metilasyonunun düzenlenmesi, somatik embriyogenez sürecinde hücresel yeniden programlamanın epigenetik kontrolünde önemli bir mekanizma olarak öne çıkmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar, histon metiltransferaz inhibitörlerinin bu süreci yönlendirmede etkili olabileceğini ortaya koymuştur. Özellikle BIX-01294 inhibitörünün, farklı bitki türlerinde H3K9me2 düzeyini azaltarak embriyogenez sürecini teşvik ettiği gösterilmiştir. Bu etkinin, H3K9'un ikinci dereceden metillenmesini katalizleyen histon lizin metiltransferaz (SUVH) enzimlerinin inhibisyonu yoluyla gerçekleştiği düşünülmektedir. Bitkilerde çeşitli histon lizin metiltransferaz (HKMT) aileleri tanımlanmış olup, bu enzimlerin büyük çoğunluğu, hayvanlar ve mayalarda bulunan SET domaini ile yapısal ve işlevsel homoloji göstermektedir. Bu durum, epigenetik mekanizmaların canlılar arasında büyük ölçüde korunmuş olduğunu ve hücresel yeniden programlamanın temelinde benzer moleküler yolların yer aldığını göstermektedir. Kök ve kanser hücreleri gibi çok hücreli sistemlerde yeniden programlama ajanı olarak tanımlanan diazepin-kinazolin-amin türevi BIX-01294'ün, bitki hücrelerinde somatik embriyogenez sürecini tetikleyip embriyo gelişimini destekleyen epigenetik mekanizmalar üzerindeki potansiyel etkileri bu tez kapsamında incelenmiştir. Bu doğrultuda, farklı konsantrasyonlar (0,1; 0,05; 0,5; 1 ve 2,5 µM) BIX-01294 ve somatik embriyogenezi teşvik eden 5 µM 2,4-D (oksin) içeren kültür ortamlarında, olgunlaşmamış zigotik embriyolardan somatik embriyogenez elde edilmesi hedeflenmiştir. HKMT inhibitörünün farklı konsantrasyonlarda kültür ortamına eklenmesiyle gerçekleştirilen denemeler sonucunda, 0,1 μM'lik konsantrasyonun embriyogenez indüksiyonu için yeterli olduğu saptanmıştır. 21. gün sonunda, 2,5 μM BIX-01294 veya oksin varlığında olgunlaşmamış zigotik embriyolardan oluşan SE sayısı sırasıyla %35,41 ve %31,25 olarak belirlenmiştir. Bulgularımız, BIX-01294'ün 2,4-D'ye kıyasla bükülmüş kotiledon evresindeki olgunlaşmamış zigotik embriyolarda 1,13 kat SE oluşumunu artırdığını göstermiştir. Ayrıca bir eksplant üzerinde oluşan somatik embriyo sayısı 5 µM 2,4-D'ye kıyasla 2,5 µM BIX-01294'te 3,95 kat artmıştır. Yaptığımız transkriptomik çalışma sonucunda diferansiyel gen anlatım analizi (DEG) incelendiğinde, 10. gün kontrol grubuna kıyasla 10. gün, 5 µM 2,4-D uygulamasında SUVH3 (AT1G73100) (2,49 kat), SUVH5 (AT2G35160) (2,36 kat), SUVR2 (AT5G43990) (2,34 kat) ve SUVR5 (AT2G23740) (2,21 kat) olmak üzere histon lizin metiltransferaz transkriptlerinin anlamlı düzeyde arttığı saptanmıştır. Buna karşılık 10.gün kontrole kıyasla 2,5 µM BIX-01294 histon lizin metiltransferaz inhibitörünün uygulandığı grupta bu transkriptlerin anlamlı bir değişikliğe sahip olmadığı belirlenmiştir. Bu durum, BIX-01294'ün HKMT enzimlerinin aktivitesini inhibe ettiğinin ve epigenetik yeniden programlama sürecinde somatik embriyogenez üzerinde teşvik edici bir etki yarattığını düşündürmektedir. Bulgularımız, BIX-01294 ve 2,4-D'nin somatik embriyogenez sürecinde rol oynayan ana düzenleyici transkripsiyon faktörlerini (LEC1, AGL15, FUS3, PHV, PHB, PLT, AIL7) benzer şekilde tetiklediğini ortaya koymuştur. SE'nin 5 µM 2,4-D ile indüksiyonunda özellikle oksin sinyal genleri (YUCCA, IAA, ARF) aktif olarak rol oynarken, 2,5 µM BIX-01294'te ise WRI1-aracılı yolak, SE sürecinin indüksiyonunda en olası aday mekanizma olarak öne çıkmıştır. Bu sonuçlar, BIX-01294'ün hücresel yeniden programlamada önemli bir düzenleyici rol oynadığını göstermektedir. Çok hücreli sistemlerde kimyasal yeniden programlama ajanı olan BIX-01294'ün ilk kez model bir bitki olan Arabidopsis thaliana' da kullanılmıştır. Bu tez çalışmasından elde edilen bulgular, hücrelerin yeniden programlanması için gerekli moleküler ve hücresel mekanizmaların anlaşılmasına katkı sağlayabilir. Hücreyi embriyoya dönüştüren yeniden programlama yollarının daha derinlemesine anlaşılması, bitki mikroçoğaltımını ve yeşil biyoteknoloji uygulamalarını geliştirmemize yardımcı olacaktır.
Özet (Çeviri)
Cell fate determination is accomplished through the precise epigenetic regulation of gene expression in multicellular organisms. A notable example of such tightly regulated processes is somatic embryogenesis (SE), which involves the reprogramming of differentiated cells into embryo-like structures. This phenomenon represents one of the most striking examples of developmental plasticity in plants and shows a high degree of similarity with cellular reprogramming and pluripotency induction in animal systems. In both systems, epigenetic regulations, including DNA methylation, histone modifications, and chromatin remodeling, play a critical role in redefining cell identity. The regulation of histone methylation plays a key role as a mechanism underlying the epigenetic control of cellular reprogramming during somatic embryogenesis. Recent studies have indicated that histone methyltransferase (HMT) inhibitors can effectively guide this process. In particular, the BIX-01294 inhibitor has been shown to promote embryogenesis in various plant species by reducing H3K9me2 levels. This effect is thought to occur through the inhibition of histone lysine methyltransferase (SUVH) enzymes, which catalyze the secondary methylation of histone H3 at lysine 9 (H3K9). Several families of histone lysine methyltransferases (HKMTs) have been identified in plants, most of which exhibit structural and functional homology with the SET domain-containing enzymes found in animals and yeast, suggesting that epigenetic mechanisms are largely conserved across organisms and that similar molecular pathways underlie cellular reprogramming in plants. In this thesis, the potential effects of the diazepine-quinazoline-amine derivative BIX-01294, identified as a reprogramming agent in multicellular systems (e.g., stem cells and cancer cells), on epigenetic mechanisms that may trigger somatic embryogenesis and support embryo development in plant cells, were investigated. Accordingly, the aim was to induce somatic embryogenesis from immature zygotic embryos in culture media containing different concentrations of BIX-01294 (0,01; 0,05; 0,5; 1 and 2,5 µM) and 2,4-D (5 µM). It was determined that the presence of the HKMT inhibitor at different concentrations in the medium was sufficient to induce embryogenesis at 0.1 µM. By day 21, the number of SEs derived from immature zygotic embryos in the presence of 2.5 µM BIX-01294 and 5 µM 2,4-D was found to be 35.41% and 31.25%, respectively. Our findings showed that BIX-01294 increased SE formation by 1.13-fold in immature zygotic embryos at the bent-cotyledon stage compared to 2,4-D. Additionally, the number of somatic embryos per explant increased 3.95-fold under 2,5 µM BIX-01294 compared to 5 µM 2,4-D. Analysis of differentially expressed genes (DEGs) revealed that on day 10, compared to the control, the transcripts of histone lysine methyltransferases SUVH3 (AT1G73100, 2.49-fold), SUVH5 (AT2G35160, 2.36-fold), SUVR2 (AT5G43990, 2.34-fold), and SUVR5 (AT2G23740, 2.21-fold) were significantly upregulated in medium containing 5 µM 2,4-D. In contrast, no significant changes in these transcripts were detected in the group treated with 2,5 µM BIX-01294. Our results demonstrated that BIX-01294 and 2,4-D similarly activated key regulatory transcription factors involved in SE, including LEC1, AGL15, FUS3, PHV, PHB, PLT, and AIL7. During SE induction with 5 µM 2,4-D, auxin signaling genes (YUCCA, IAA, ARF) were actively involved, whereas in 2.5 µM BIX-01294, the WRI1-mediated pathway emerged as the most likely candidate mechanism in the induction of SE. These findings indicate that BIX-01294 plays a significant regulatory role in cellular reprogramming. The chemical reprogramming agent BIX-01294 has been used for the first time in the model plant Arabidopsis thaliana in multicellular systems. The findings from this thesis may serve as a tool to reveal the molecular and cellular mechanisms required for reprogramming. A deeper understanding of the reprogramming pathways that convert somatic cells into embryos will help us advance plant micropropagation and green biotechnology applications.
Benzer Tezler
- Tütün (Nicotiana tabacum)'de kaetosinin kallus oluşumu üzerindeki etkisinin moleküler analizi
The molecular analysis of Chaetocin effects on callus induction in tobacco (Nicotiana tabacum)
NAGİHAN TOMBUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞULE ARI
- ISO 9000 kalite güvence sistemine yönelik olarak yapılan iç denetimin gerçekleştirilmesinde ve başarı ölçümlenmesinde bir uzman sistem yaklaşımı
Başlık çevirisi yok
SERHAN BOYBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. DEMET BAYRAKTAR
- Elektronik kalkan için parazitik parametrelerin çıkarımı
Extraction of parasitic parameters for electronic shield
İMRAN MERAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Radiküler kist ve granülomların dijital histogram analizi ile ayırdedilmesi
Differention of radicular cyst and granulomas with digital histogram analysis
ÜLKEM AYDIN
Doktora
Türkçe
1998
Diş HekimliğiGazi ÜniversitesiDiş Hastalıkları ve Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN ALAÇAM
