Bitkisel kaynaklı potansiyel histon deasetilaz düzenleyicilerinin araştırılması
Investigation of plant based potential histone deacetylase regulators
- Tez No: 992251
- Danışmanlar: PROF. DR. NESLİHAN TURGUT KARA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Genetik, Biyoloji, Genetics, Biology
- Anahtar Kelimeler: Abiyotik stres, Epigenetik, Abiotic stress, Epigenetic
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bitkilerin yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri için optimal çevre koşullarına ihtiyaç duymalarına rağmen, doğal habitatlarında sıklıkla abiyotik stres faktörleriyle karşılaşmaktadırlar. Kuraklık, aşırı sıcaklık, soğuk, ağır metal toksisitesi ve özellikle tuz stresi gibi olumsuz çevresel koşullar, bitkilerin büyüme, gelişme ve verimlilik parametrelerini ciddi şekilde etkilemektedir. Tuz stresi, hücresel osmotik dengeyi bozarak iyon homeostazını değiştirmekte, fotosentetik aktiviteyi azaltmakta ve oksidatif hasara neden olmaktadır. Bu stres koşulları karşısında bitkiler, kompleks moleküler savunma mekanizmaları geliştirmiş olup, hormon sinyal yolakları ve epigenetik düzenleyici sistemler aracılığıyla strese adaptasyon sağlamaya çalışmaktadırlar. Epigenetik modifikasyonlar, DNA metilasyonu, histon post- translasyonel modifikasyonları ve küçük RNA'lar aracılığıyla gen anlatımını DNA dizisini değiştirmeden düzenlemektedir. Özellikle histon asetilasyonu (H3K9ac, H3K14ac, H4K16ac), histon asetiltransferazlar (HATs) ve histon deasetilazlar (HDACs) arasındaki dinamik denge ile kontrol edilmekte, HDAC inhibitörleri (TSA, SAHA) kullanılarak stres toleransının artırılabileceği gösterilmektedir. Bu epigenetik mekanizmalar, stres hafızası oluşturarak bitkilerin gelecekteki stres koşullarına daha hızlı ve etkili yanıt vermesini sağlamakta, transgenerasyonel stres adaptasyonuna katkıda bulunmaktadır. Bitkiler abiyotik stres koşulları altında çeşitli uçucu organik bileşikler (VOCs - Volatile Organic Compounds) üretmekte ve salgılamaktadır. Bu bileşikler arasında terpenler (monoterpenler, seskiterpenler, diterpenler), aldehitler, alkoller, esterler, ketonlar ve xiv fenoliklerin yanı sıra isopren ve alfa-pinen gibi önemli metabolitler bulunmaktadır. Tuz stresi sırasında bitkiler, çeşitli uçucu bileşiklerin üretimini artırarak hücresel koruma mekanizmalarını aktive etmektedir. Bu VOC'lar, reaktif oksijen türlerinin (ROS) zararsızlaştırılmasında antioksidan etki göstermekte, membran stabilitesinin korunmasına katkıda bulunmakta ve osmotik strese karşı ozmolitik koruma sağlamaktadır. Ayrıca, uçucu organik bileşikler stoma hareketlerini düzenleyerek su kaybını minimize etmekte, fotosentetik aparatın korunmasında rol oynamakta ve stres sinyalizasyonunda moleküler mesajcı olarak işlev görmektedir. Özellikle jasmonik asit ve salisilik asit kaynaklı uçucu türevler, gen anlatımını modüle ederek stres toleransı genlerinin aktivasyonunu sağlamakta, böylece bitkilerin abiyotik stres koşullarına karşı direncini artırmaktadır. Bu tez çalışmasında, çeşitli veri tabanlarında elde edilen bitkilerin ürettiği uçucu organik bileşiklerin ve fitotoksik moleküllerin histon deasetilaz düzenleyicisi olarak etki edebilme durumu ve buna bağlı olarak tuz stresinin oluşturduğu negatif etkilerin azaltılmasına ilişkin çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, yapılan moleküler kenetleme (“docking”) çalışmaları sonucunda belirlenen 1-tetradecan, alfa-ionol, trimetilamin, miyozmin, asetofenon, gama terpinin, benzil alkol, 3,5-dimetil-1-heksin-3-ol, 2- heptanol ve bütirifenon uçucu bileşiklerinin HDAC6, HDAC9, HDAC15, HDAC19 ve HDT2 enzimleriyle etkileşimleri olduğu tespit edilmiştir. Bu moleküller için öncelikle öldürücü olmayan en yüksek doz belirlenmiştir. Ardından daha önce stres oluşturduğu belirlenmiş olan 100 mM NaCl içeren MS besiyerlerine belirlenen eklenerek Arabidopsis thalaiana Col-0 bitkileri yetiştirilmiştir. Sonrasında yapılan morfolojik analizlerin sonucunda çalışmaya bütirifenon ve 1-tetradecan ile devam edilmiştir. NaCl ile birlikte bütirifenon ve 1-tetradecan içeren MS besi yerlerinde kültürlenmiş bitkilerde epigenetik değişimlerin belirlenmesi için HDAC aktivite tayini ve H3/H4 histonlarında global asetilasyon seviyeleri araştırılmıştır. Daha sonrasında çeşitli hormon yolaklarında görevli olan transkripsiyon faktörleri ve anahtar genlerin (BZR1, ARF6, MYC3, SOS1, ABI1 ve NAC3) ekspresyon seviyeleri araştırılmıştır. Son olarak lisin, prolin, myo-inositol, alanin, N-asetil glutamin, sitrik asit, spermidin, fenilalanin, oksiglutatyon, nikotinik asit, kuersetin ve asparajin miktarları LC-MS/MS sisteminde tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bütirifenon ve 1-tetradecanın, potansiyel olarak HDAC düzenleyicisi olarak kullanılabileceği böylelikle A. thaliana'nın tuz stresine verdiği yanıtın, transkripsiyon faktörlerinin düzenlenmesini, sekonder metabolitlerin birikimini etkileyebildiği öngörülmektedir. Bu bulgular, bitkilerde tuz stresine karşı geliştirilen dayanıklılık mekanizmalarının daha derinlemesine anlaşılmasına katkı sağlayacaktır ve gelecekte stres toleransı yüksek bitki türlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalara temel teşkil edecektir.
Özet (Çeviri)
Although plants require optimal environmental conditions to sustain their vital activities, they frequently encounter abiotic stress factors in their natural habitats. Adverse environmental conditions such as drought, extreme heat, cold, heavy metal toxicity, and especially salt stress seriously affect plants' growth, development, and productivity parameters. Salt stress disrupts cellular osmotic balance, altering ion homeostasis, reducing photosynthetic activity, and causing oxidative damage. In response to these stress conditions, plants have developed complex molecular defense mechanisms, attempting to adapt to stress through hormone signaling pathways and epigenetic regulatory systems. Epigenetic modifications regulate gene expression without altering the DNA sequence through DNA methylation, histone post- translational modifications, and small RNAs. In particular, histone acetylation (H3K9ac, H3K14ac, H4K16ac) is controlled by the dynamic balance between histone acetyltransferases (HATs) and histone deacetylases (HDACs), and it has been shown that stress tolerance can be increased by using HDAC inhibitors (TSA, SAHA). These epigenetic mechanisms enable plants to respond more quickly and effectively to future stress conditions by creating a stress memory, contributing to transgenerational stress adaptation. xvi Plants produce and release various volatile organic compounds (VOCs) under abiotic stress conditions. These compounds include terpenes (monoterpenes, sesquiterpenes, diterpenes), aldehydes, alcohols, esters, ketones, and phenolics, as well as important metabolites such as isoprene and alpha-pinene. During salt stress, plants activate cellular protection mechanisms by increasing the production of various volatile compounds. These VOCs exhibit antioxidant effects in the detoxification of reactive oxygen species (ROS), contribute to the maintenance of membrane stability, and provide osmotic protection against osmotic stress. Furthermore, volatile organic compounds minimize water loss by regulating stomatal movements, play a role in protecting the photosynthetic apparatus, and function as molecular messengers in stress signaling. In particular, volatile derivatives derived from jasmonic acid and salicylic acid activate stress tolerance genes by modulating gene expression, thereby increasing the resistance of plants to abiotic stress conditions. In this thesis study, research was conducted on the ability of volatile organic compounds and phytotoxic molecules produced by plants obtained from various databases to act as histone deacetylase inhibitors and, consequently, to reduce the negative effects caused by salt stress. For this purpose, molecular docking studies identified 1-tetradecane, alpha-ionol, trimethylamine, myosmine, acetophenone, gamma-terpinene, benzyl alcohol, 3,5-dimethyl-1- hexen-3-ol, 2-heptanol, and butyrophenone were identified through molecular docking studies. The non-lethal maximum dose was first determined for these molecules. Subsequently, Arabidopsis thaliana Col-0 plants were grown in MS media containing 100 mM NaCl, which had previously been determined to cause stress, with these molecules added. Following morphological analysis, molecular and biochemical studies were conducted with butyrophenone and 1-tetradecane. To determine epigenetic changes in 14-day-old plants grown on MS media containing NaCl with butyrophenone and 1-tetradecane molecules, HDAC activity was measured and global acetylation levels in H3/H4 histones were examined. As a result, an increase in HDAC activity was observed in the groups containing NaCl. The global acetylation level of H3 histones increased in groups containing butyrophenone, while no change was observed in groups containing 1-tetradecane. The global acetylation level of H4 histones was similar across all groups. Subsequently, the expression levels of transcription factors and key genes (BZR1, ARF6, MYC3, SOS1, ABI1, and NAC3) involved in various hormone pathways were investigated. Finally, the levels of stress metabolites lysine, proline, myo-inositol, alanine, N- acetyl glutamine, citric acid, spermidine, phenylalanine, oxi-gluthation, nicotinic acid, quercetin, and asparagine were determined using an LC-MS/MS system. In conclusion, it is predicted that butyrophenone and 1-tetradecan, which can potentially be used as HDAC regualators, may affect the regulation of transcription factors and the accumulation of secondary metabolites in the response of A. thaliana to salt stress. These findings contribute to a deeper understanding of the mechanisms of salt stress tolerance developed in plants and may serve as a basis for future studies aimed at developing plant species with high stress tolerance.
Benzer Tezler
- Kuru incirlerde küf florası ve aflatoksigenik küflerin saptanması
Başlık çevirisi yok
SİBEL BÜYÜKŞİRİN
- Bazı bitkisel kaynaklı gıda destek ürünlerinin endokrin bozucu etki potansiyellerinin in vitro e-screen yöntemi ile belirlenmesi
Screening estrogenic activity of several dietary supplements with in vitro e-sreen assay
DUYSAL USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiFarmasötik Toksikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDE GÜRER ORHAN
- Sirna taşınması için bitkisel kaynaklı eksozom eldesi ve değerlendirilmesi
Evaluation and obtaining of plant derived exosome for sirna delivery
BURAK ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyoteknolojiAnadolu ÜniversitesiFarmasötik Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEHİYE ŞENEL
- Kilo vermeye yardımcı olarak kullanılan bromelain içeren ürünler, bazı bitkisel gıda takviyeleri ve çaylarda sibutramin kaynaklı tağşişatın araştırılması
Investigation of the potential adulterant sibutramine in some bromelain-containing products, herbal dietary supplements, and teas in the management of weight loss
SİBEL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Eczacılık ve FarmakolojiAnkara ÜniversitesiFarmakognozi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALEV ÖNDER
- Bitkisel gıda destek ürünlerinin endokrin bozucu etki potansiyellerinin in vitro olarak belirlenmesi
In vitro screening of endocrine disrupting effects of several dietary supplements
YASEMİN TOKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiFarmasötik Toksikoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE GÜRER ORHAN