Methionine metabolism in human fetal, adult and cancer stem cells

Abstract

Esansiyel bir amino asit olanmetiyoninin, protein sentezi ve metilasyon reaksiyonlarında kritik rolü vardır. Bu tezçalışmasında, farklı tip insan kök hücre gruplarında metiyonin etkisinin belirlenmesihedeflenmiştir. İnsan kemik iliği (Kİ) ve göbek kordon kanından (GKK) elde edilenmezenkimal kök hücreler (MKH) ile MDA-MB-231 hücre hattından izole edilen memekanseri kök hücreleri, kültür ortamında farklı dozlarda L-metiyonin uygulamasına maruzbırakılmıştır. Yüzey belirteç ifadelerinin tayini ve hücre siklusu analizleri, akım sitometriile yapılmıştır. WST-1 uygulaması ile hücre canlılığı tayin edilmiştir. Metiyonintakviyesi ile gen ifadelerindeki (OCT3/4, NANOG, DMNT1, DNMT3A ve DNMT3B,MAT2A ve MAT2B) değişiklikler RT-qPCR ile incelenmiş, histon metilasyon(H3K4me3, H3K27me3) seviyelerindeki değişiklikler western blot analizi ve SAM/SAH seviyeleri ELISA ile gösterilmiştir. 0, 10, 25, 50 ve 100 µM metiyonin ile muamelesonucunda hücre canlılığı >80% olarak belirlenmiş olup, sonraki deneylerde sabit süreolarak beş saatlik metiyonin uygulaması belirlenmiştir. Her üç hücre grubunda ve herkültür koşulunda, hücreler çoğunlukla G0/G1 fazında asılı kalmıştır. Kİ-MKH' lerin 100µM metiyonin içeren kültür ortamında araştırılan tüm gen ekspresyonlarını veSAM/SAH seviyelerine ek olarak arttırdığı değerlendirilmiştir. Öte yandan, 10 µMmetiyonin içeren kültür ortamında GKK-MKH' lerin OCT3/4, NANOG ve DNMT1 genekspresyonlarını arttırdığı ve MAT2A ve MAT2B ekspresyonlarını azalttığı bulunmuştur.Ayrıca H3K4me3 metilasyon profilinde bir artış gözlemlenmiştir. KKH 'lerde OCT3/4,NANOG, DNMT1 ve MAT2B gen ekspresyonları 25 µM metiyonin ilavesindenbaşlayarak 50 ve 100 µM'de daha fazla artmaktadır. 50 ve 100 uM metiyonin içerenkültür koşulunda H3K4me3 protein ifadesinde bir artış belirlenmiştir. Bu çalışma,metiyoninin farklı kök hücre gruplarında metabolizma ve epigenetik düzenlemede kritikbir rol oynadığını ve pluripotens ile ilgili gen ekspresyonunu ve protein seviyelerinidüzenleyerek kök hücrelerin korunmasını indüklediğini göstermektedir.Anahtar kelimeler: metiyonin, kök hücre, pluripotentlik, metilasyon, metabolizma

Methionine is an essential amino acidcritical in protein synthesis and methylation reactions. In this thesis, it is aimed todetermine the effect of methionine on different human stem cell groups.Mesenchymal stem cells (MSC) derived from human bone marrow (BM) andumbilical cord blood (UCB), breast cancer stem cells isolated from MDA-MB-231cell line, were treated with different doses of L-methionine in culture. Cell surfacemarker and cell cycle assessment were performed by flow cytometry. WST-1 wasapplied for the cell viability determination. Changes in gene expressions (OCT3/4,NANOG, DMNT1, DNMT3A and DNMT3B, MAT2A and MAT2B) with methioninesupplementation were examined by RT-qPCR, the changes in histone methylation(H3K4me3, H3K27me3) levels were demonstrated by western blot analysis andSAM/SAH levels by ELISA. As a result of treatment with 0, 10, 25, 50 and 100 µMmethionine, cell viability was determined >80% and methionine application for fivehours was determined as a fixed time in future studies. In all three cell groups, thecells were mostly arrested in the G0/G1 phase for each culture condition. It wasevaluated that BM-MSCs increased all investigated gene expressions in the culturemedium containing 100 µM methionine, in addition to SAM/SAH levels. On theother hand, UCB-MSCs were found to increase OCT3/4, NANOG and DNMT1 geneexpressions and decrease MAT2A and MAT2B expressions in culture mediumcontaining 10 µM methionine. Moreover, an increase was observed in theHe3K4me3 methylation profile. In addition, OCT3/4, NANOG, DNMT1 andMAT2B gene expressions in CSCs increased more at 50 and 100 µM starting fromthe addition of 25 µM methionine. An increase was determined in H3K4me3 proteinexpression at 50 and 100 µM methionine supplemented culture condition. This studydemonstrates that methionine plays a critical role in metabolism and epigeneticregulation in different stem cell groups, and induces the maintenance of stem cells byregulating pluripotency-related gene expression and protein levels.Keywords: : methionine, stem cell, pluripotency, methylation, metabolism