İnsan Meme Epitel Hücrelerindeki Replikatif Yaşlanma Sürecinde Sıcak Mutasyon Bölgelerinin ve Klonal Evrimin Genom Genelinde Belirlenmesi

Abstract

Replikatif hücresel yaşlanma, yaşlanmanın temel belirteçlerinden biri olup birçok yaşa bağlı hastalığa katkıda bulunmaktadır. Sporadik yaşa bağlı kanserlerin büyük çoğunluğunun epitel dokulardan kaynaklanması nedeniyle, epitel hücre yaşlanması sırasında ortaya çıkan genomik değişikliklerin ve bu değişimlerin klonal yapılara etkisinin anlaşılması büyük önem taşır İnsan meme epitel hücreleri (HMEC), epitel dokularda replikatif yaşlanmanın in vitro incelenmesi için altın standart kabul edilen bir modeldir. Bu tez çalışmasında, replikatif yaşlanmaya ulaşan HMEC hücrelerinin genomik DNA'sında oluşan tüm değişiklikleri, genç ve çoğalmakta olan karşıtlarıyla karşılaştırmalı olarak ortaya koymak amacıyla derin kısa-okuma tüm genom dizileme teknolojisi kullanılmıştır. Tek nükleotid varyasyonları, indeller, yapısal değişiklikler ve kopya sayısı değişimleri gibi yaşa bağlı geniş bir varyasyon yelpazesi tanımlanmış; klonal evrimsel dinamikler ileri düzey biyoinformatik yöntemlerle incelenmiştir. Sonuçlar, replikatif yaşlanmanın doğrusal bir klonal evrim izlediğini ve baskın klonların ardışık olarak ortaya çıkıp mutasyon biriktirdiğini göstermiştir. Mutasyona uğramış genler, morfogenez, hücre iskeleti organizasyonu ve metabolizma ile ilişkili yolaklarda zenginleşmiş olup, belirleyici moleküler değişimlere işaret etmektedir. Perisentromerik bölgeler, telomerik ve subtelomerik bölgelerle birlikte daha önce yeterince tanınmamış genomik sıcak noktalar olarak ortaya çıkmıştır. Mutasyonel imza analizleri, yaşa ve kansere özgü imzaların yaşlı hücrelerde güçlü şekilde zenginleştiğini doğrulamıştır. Birey içi benzerlik gözlenmesine rağmen, mutasyon birikimi aynı zamanda rastlantısal farklılıklar da göstermiş; bu da hem belirleyici hem de stokastik süreçlerin etkili olduğunu ortaya koymuştur. Bu bulgular, replikatif yaşlanmanın genom düzeyindeki yapısını ortaya koymakta ve yaşlanmaya bağlı işlev kaybı ile kanserleşme sürecine olası katkısını aydınlatmaktadır. Gelecek çalışmalarda, çoklu örnekli klonal modelleme ve uzun okuma dizileme ile, tekrar eden bölgelerdeki yapısal değişiklikleri daha net çözümlemek planlanmaktadır.

Replicative cellular senescence is a hallmark of total body aging contributing to many age-related diseases. Since the vast majority of sporadic age-related cancers originate from epithelial tissues, revealing the landscape of genomic alterations and their contributions to cellular clonality during epithelial cell aging is invaluable. Human mammary epithelial cells (HMEC) are a gold-standard and established in vitro model for studying replicative senescence in epithelia. In this thesis study, deep short-read whole genome sequencing technology was employed to uncover all changes on the genomic DNA of HMEC cells reaching replicative senescence in comparison to their young and proliferating counterparts. A broad spectrum of age-associated alterations (single nucleotide variations, indels, structural changes and copy number changes) were identified and clonal evolutionary dynamics were thoroughly examined through state-of-the-art bioinformatics pipelines. The findings here revealed that replicative senescence follows a linear clonal evolution, with dominant clones emerging sequentially and accumulating mutations. Mutated genes were enriched in pathways related to morphogenesis, cytoskeletal organization, and metabolism, showing deterministic molecular changes. Pericentromeric regions emerged as previously underrecognized hotspots of genomic instability, alongside telomeric and subtelomeric loci. Mutational signature analysis confirmed strong enrichment for age-related and cancer-associated signatures in senescent cells. Although intra-individual similarity was observed, mutation accumulation also showed stochastic variation, underscoring both deterministic and random processes. These findings clarify the genomic landscape of replicative senescence and reveal its potential contribution to age-related decline and oncogenic transformation. Future work will integrate multi-sample clonal modeling and long-read sequencing to resolve complex structural alterations, especially in repetitive regions.