Investigation of aging (Chronological Life Span) in S. cerevisiae by systems biology approaches

Abstract

Biyolojik sistemler üzerindeki araştırmaların en önemli amaçlarından biri insan hayatının kalite ve koşullarının iyileştirilmesidir. Yaşlanma, bir hücrenin, dokunun hatta organizmanın maruz kaldığı belki de en anlaşılamamış süreç olup bu sürecin sorumlusu olan sebepler, yolakları ve düzenleyiciler üzerine edinilmiş bilgiler kesin ve açıklayıcı olmaktan uzaktır. S. cerevisiae gibi model organizmalarda yaşlanma mekanizmalarını inceleyen çalışmalar yaşlanmanın biyolojisini öğrenmek ve insanda bu mekanizmanın nasıl işlediğini anlamak için uygun olabilirler. Kronolojik yaşlanma süreci sonunda maya hücreleri tipik apoptoz belirtileri göstermekte, oksijen radikalleri biriktirerek kazpaz aktivasyonları sonucunda ölmektedirler. Dolayısıyla mayanın kronolojik yaşlanma süreci hakkında detaylı bilgi kazanılması, insan gibi daha yüksek organizmalardaki hücresel apoptoz mekanizmasının içyüzünün aydınlatılmasına yardımcı olacaktır. Yaşlanma mekanizmasında rol oynayan sinyal ağyapılarının karmaşıklığı konunun sistem biyolojisi araçları ile incelenmesi gerekliliğini öne çıkarmaktadır. Bu nedenle bu tez kapsamında (i) mayada kronolojik yaşlanma ağyapısının kurulması ve topolojik olarak incelenmesi, (ii) ortam asiditesinin kontrolü, glikoz kısıtlaması ve metformin tedavisi gibi stres yaratan ajanların maya hücrelerinin kronolojik yaşlanmasında hangi yolaklarını etkilediklerinin mikrodizin analizi ile tespiti, (iii) elde edilen deneysel bulguların kurulan ağyapı ile bütünleştirilip hesaplamalı açıdan birlikte incelenmeleri, (iv) değişik stres ajanlarınca ortak etkilenen, kronolojik yaşlanma sürecinde dinamik olarak aktif rol alan proteinler ve protein gruplarının belirlenmesi ve (v) çeşitli sinyal ileti ağyapılarının birbirleri ile iletişiminde rol alan olası hedeflerin saptanması üzerine çalışılmış, böylece mayanın kronolojik yaşlanma sürecinin anlaşılmasında daha gerçekçi ve yetkin bir görüş elde edilmesi mümkün olmuştur. Elde edilen bulgular, memeli hücrelerinde yaşlanma ve yaşlılık ile bağıntılı hastalıklar sırasında rol oynayan etkenlerin araştırılmasında güvenilir başlangıç noktaları olarak kullanılabilirler.

One of the major goals of biological systems research is to improve the human condition and quality of life. Aging is probably the most peculiar phenomenon that a cell, tissue and even an organism experiences. Although it is clear and evident that aging ?occurs?, the reasons, pathways and regulators responsible for aging process are still vaguely described. In order to learn more about the biology of aging, studies investigating mechanisms of aging in model organisms such as the budding yeast Saccharomyces cerevisiae may turn out to be relevant to humans. Chronological aging of yeast is especially of interest in regard to mammalian studies since chronologically aged yeast cultures die exhibiting typical markers of apoptosis, accumulate oxygen radicals, and show caspase activation; therefore the chronological aging phenomenon itself may potentially provide insight to the apoptosis mechanism of the cell. The complex structure of signaling networks taking part in aging process results in a necessity for systems biology tools to explore the aging mechanism. Therefore this thesis concentrated upon (i) the reconstruction and topological analysis of the chronological aging network of yeast, (ii) the determination of the effect of metabolic stresses such as medium acidity, carbon limitation and metformin treatment on the chronological aging machinery of yeast via transcriptome analyses, (iii) the integration of the experimental findings with the reconstructed network and to computational analysis of this integrated structure, (iv) the identification of the active proteins and/or protein groups in common during the chronological aging process of yeast created by these different perturbations and (v) the search for potential crosstalks between cellular signaling pathways. Consequently, a more detailed and comprehensive insight of the chronological aging mechanism of yeast is obtained. Results of this thesis provide a solid basis for further research focusing on uncovering agents affecting aging and age-related diseases in humans.