İnsan Meme Epitel Hücrelerinin Replikatif Senesensi Sırasında Tekrarlayan DNA Elementlerindeki Nicel Değişimler

Abstract

Tekrarlayan DNA, insan genomunun yaklaşık yarısını oluşturur ve yaşlanma boyunca yapısal değişiklikler geçirdiği bilinmektedir. Bu değişiklikler kanser dahil birçok hastalıkla ilişkilendirilmiştir. Bazı tekrar ailelerinde yaşa bağlı ekspresyon ve kopya sayısı farklılıkları bildirilmiş olsa da hücresel senesens sırasında tekrarlayan DNA'daki nicel değişimlerin kapsamı sistematik olarak araştırılmamıştır. Özellikle epitel hücrelerinde tekrarlayan element dinamiklerinin yaşlanmaya veya kanserleşmeye nasıl katkı sağlayabileceği hâlen belirsizdir. Bu çalışma, replikatif senesensin insan epitel hücrelerinde tekrarlayan elementlerde ölçülebilir değişikliklere yol açıp açmadığını incelemek amacıyla tasarlanmıştır. Bu doğrultuda, genç ve senesens durumundaki HMEC örneklerinin genomik değişimlerini değerlendirmek için kısa-okuma tam genom dizileme kullanılmıştır. Satelit DNA hem de novo kümelendirme yöntemi hem de okuma-haritalama temelli analizlerle incelenmiştir. Senesens sırasında nicel değişim gösteren birkaç aday satelit tekrar saptandı; ancak ALR_alpha, tüm örneklerde tutarlı biçimde artan tek satelit ailesi olup, bu yönüyle ortak ve özellikle dikkat çekici bir tekrar olarak öne çıktı. Diğer satelitler ise örnekler arasında değişken desenler sergilemiştir. STR analizi, yaşlanma sürecinde tekrar uzunluğu değişen lokuslarla örtüşen belirli gen gruplarını ortaya koymuş ve gen zenginleştirme analizi bu genlerin gelişimsel ve yapısal süreçlerle ilişkili olduğunu göstermiştir. Transpozon eklenmesi analizi ise senesense özgü bir mobilizasyon olmadığını ortaya koymuştur. Bu bulgular, bazı tekrarların senesensle ilişkili olabileceğini ve küçük genomik değişikliklerin dahi epitel yaşlanması üzerinde önemli biyolojik etkiler yaratabileceğini düşündürmektedir. Sonuçlar, senesens ve erken karsinogenez arasındaki olası bağlantılara işaret etmektedir. Gelecek çalışmalarda istatistiksel gücü artırmak için daha geniş örneklem gruplarına ve tekrarlayan elementlerin daha doğru çözümlenmesini sağlayacak uzun-okuma dizileme teknolojilerine ihtiyaç vardır. Bu tez, TÜBİTAK 1001 programından (Proje No: 123Z315) fon desteği almıştır.Repetitive DNA, which makes up nearly half of the human genome, is known to undergo structural changes during aging, and these alterations have been associated with various diseases, including cancer. For certain repeat families, age-related variation has been observed both at the expression level and in copy number, particularly in the context of cancer and other age-associated disorders. However, global quantitative changes in repetitive DNA during cellular senescence have not been systematically examined. Moreover, no comprehensive study has explored how repetitive element dynamics in epithelial cells may contribute to age-related genomic alterations or cancer development. Based on this gap, the present work investigates whether replicative senescence leads to quantitative changes in repetitive elements within human epithelial cells. In this thesis, short-read whole-genome sequencing was used to characterize genome-wide changes in HMECs as they progressed from young to replicative senescence state. Satellite DNA was evaluated using both de novo clustering and read-mapping–based quantification. Several candidate satellite repeats showed quantitative changes during senescence; however, ALR_alpha was the only satellite family that consistently increased across all samples, making it a shared and particularly noteworthy repeat. Some other satellites exhibited non-parallel, sample-dependent patterns. STR analysis identified a set of genes consistently overlapping STR loci that showed repeat-length variation during aging. Gene enrichment analysis indicated that these STR-associated genes participate in developmental and structural pathways. In addition, transposable element insertion analysis did not reveal any senescence-specific TE mobilization. These results suggest that certain repeats may be characteristic of senescence, and that even very small alterations within these elements could have meaningful biological consequences. Such changes may potentially be linked to both the senescence process itself and early steps of carcinogenesis. Future studies will require larger cohorts to strengthen statistical significance and validate these observations, as well as long-read sequencing approaches to more accurately resolve and characterize repetitive elements. This thesis received funding from the TÜBİTAK 1001 program (Project No: 123Z315).