Kasım Diril Laboratuvarı

Cell Cycle and Tumorigenesis

 

Kasım Diril kasim.diril@deu.edu.tr
(232)412 65 59

Grup Üyeleri
Kerem Esmen, Vet.Hek., Uzman
Mehmet Ergüven, YL Öğrencisi
Muhammet Memon, YL Öğrencisi

 

GENEL BAKIŞ

Araştırma grubumuz, temel olarak hücresel mitotik değişim esnasında görev alan moleküler mekanizmaların ortaya çıkartılması üzerine çalışmaktadır. Özellikle mitotik proteinlere zamansal ve sırasal bir düzen içeresinde fosfat molekülü ekleyen ve uzaklaştıran kinazlar ve fosfatazlar arasında gerçekleşen karşılıklı etkileşim özel ilgi alanımızdır. Diğer bir araştırma odağımız ise karaciğer kanserine yönelik fare modellerinin oluşturulmasıdır.

Temel bilim araştırmalarının yanı sıra, laboratuvarımız biyobenzer monoklonal antikorların geliştirilmesi üzerine IBG’de teknoloji transferi gerçekleştirmektedir.

ARAŞTIRMA ALANLARI
Hücre döngüsü ve tümör oluşumu

Kanser, basite indirgenmiş bir perspektiften bakıldığında, kontrolsüz hücre döngüsü hastalığıdır. Tümör oluşumu sürecinde hücre döngüsünü kontrol eden genlerin sık sık mutasyona uğramaları şaşırtıcı değildir. Fizyolojik koşullarda, Cyclin-dependent kinase (CDK) protein kompleksleri hücrelerin bölünerek çoğalmasını hızlandırıcı şekilde rol alırken, CDK inhibitörü (CKI) moleküller frenleyici rol üstlenerek hücre döngüsünü yavaşlatırlar. Hücre çoğalmasını hızlandıran genlerin anormal şekilde etkinlik kazanmaları ya da fren görevi gören genlerin etkinliklerini yitirmeleri sonucunda tümör oluşumu başlamaktadır. CDK ve CKI proteinleri, hücre döngüsündeki önemli rolleri nedeniyle, tümör oluşumunu yavaşlatmaya ya da durdurmaya yönelik yeni ilaç çalışmalarının potansiyel hedefleridirler.
Araştırma grubumuz, fare modelleri kullanarak CDK ve CKI genlerinin tümör oluşumundaki rollerini karakterize etmeyi hedeflemektedir. Hidrodinamik kuyruk toplardamarı enjeksiyonu protokolünü kullanarak, onkojenik plazmid vektörlerin karaciğer hepatosit hücrelerine iletilmesi yöntemiyle farelerde karaciğer kanseri kolaylıkla modellenebilmektedir. Daha önceki çalışmalarımızda, Cdk1 geni bulundurmayan karaciğer hücrelerinin karaciğer tümörleri geliştirmediğini göstermiştik. Genel olarak amacımız, transgenik fare modelleri kullanımıyla CDK ve CKI genlerinin hedeflenmesinin kanser tedavisinde etkili olup olamayacağını araştırmaktır.

Mitotik geçişin kinaz ve fosfatazlar tarafından yönetimi

Hücre döngüsünün faklı aşamalarına geçiş, farklı Cdk-Cyclin molekülleri tarafından yönetilmektedir. Çeşitli genetik çalışmalarla tüm Cdk ve cyclin genleri incelenmiş, genel olarak birbirlerinin fonksiyonlarını kolaylıkla üstlenebildikleri gösterilmiştir. Bu bakımdan tek istisna, mitotik geçişi yöneten Cdk1 ve cyclin B1 genleridir. Cdk1 geninin genetik olarak yok edilmesi (gene knockout) fare embriyolarının gelişiminin çok erken aşamalarda durmasına neden olmaktadır. Cdk1 ekspres etmeyen hücreler mitoz evresine giremedikleri için, bölünerek çoğalmaları mümkün değildir.

KD Research Cdk1 geninin fare genomundan silinmesi, hücre çoğalmasını durdurduğu için ölümcüldür. Sol taraftaki mikrograf, kontrol farelerin ince bağırsaklarından alınan histolojik kesitlerde, hızlı çoğalma özelliğine sahip olan crypt kök hücrelerinin morfolojisini göstermektedir. Sağ taraftaki histolojik kesitler, Cdk1 geni silinmiş deney farelerinden alınmıştır. Cdk1 geni olmayan crypt hücreleri çoğalarak mikrovillileri yenileyemediklerinden, ince bağırsak iç duvarı dejenere olmaktadır.

Mitoz bölünme, geri dönülmesi mümkün olmayan bir dizi büyük hücresel olayı içerir (çekirdek zarının yıkımı ve DNA’nın kromozomlara paketlenmesi gibi). Bu nedenle, mitozun başlatılması çeşitli düzenleyici mekanizmalar sayesinde çok sıkı denetim altına alınmıştır. Bu denetim sayesinde Cdk1’in kinaz aktivitesi mitoz bölünme başlamadan bütünüyle engellenir. Mitoz sırasında, Cdk1 aktivitesi sıfırdan maksimum seviyesine hızlıca yükselir. Cdk1, mitotik protein substratların hızlıca fosforile edilmesi için bir takım efektör kinazlardan yararlanır. Eş zamanlı olarak, bu substratlardaki fosfat grupların kimyasal kırılımını gerçekleştiren fosfataz aktivitesinin de bastırılması gereklidir. Amacımız, Cdk1 ve efektör kinazlarının mitoz bölünmedeki fonksiyonlarını, transgenik fare modelleri ve bunlardan türetilen hücre hatlarını kullanarak incelemektir.

Kasım Diril Şekil
Cdk1 kinaz aktivitesini mitoz öncesinde kontrol altında tutan çeşitli mekanizmalar vardır. İlk olarak, Cdk1 ve Cyclin B1, E2F kontrolünde ifade edilen genlerdir ve sadece mitojen sinyallerin alınmasıyla üretilirler. Cdk1’in aktive olabilmesi için, Wee1 ve Myt1 denetleyici kinazlar tarafından eklenen kısıtlayıcı fosforilasyonların, Cdc25 fosfatazlar tarafından çıkarılması, ek olarak aktive eden bir fosforilasyonun Cdk aktive eden kinaz (CAK) tarafından eklenmesi gereklidir. Bu denetleyici mekanizmalar, Cdk1 aktivitesinin mitoz bölünme sırasında çok hızlı artmasına, aynı zamanda sonrasında da ani bir şekilde düşmesini sağlarlar.

ÖNE ÇIKAN UNSURLAR

Greatwall/Mast1 Cdk1’in mitoz sırasında etkileştiği efektör kinazlarından biridir. Cdk1 mitoz evresinde Greatwall/Mast1 kinazını aktivite eder. Bu tetiklenme ile beraber Greatwall/Mast1, PP2A’in fosfataz aktivitesini inhibe eden iki düşük moleküler ağırlıktaki proteini, Arpp19 ve Ensa’yı fosforile eder. Bu düzenleyici yolak mitotik fosforilasyonun hızlı bir şekilde yoğunlaşmasını sağlar. Çalışmalarımızla, şartlı Mast1 knock-out fare modeli oluşturmuş bulunmaktayız. Bu bağlamda Mast1 knock-out fare embrioyoları gelişim evrelerinin erken fazında ölürken, mayoz evresinden önce gerçekleştirilen şartlı delesyonu metafaz II evresi öncesi hücre döngüsünü durdurur. Somatik hücrelerde ise MastI’in delesyonu anafaz evresinde kromozom segregasyon bozukluklarına sebebiyet vermektedir. Fare ve hücre hatlarındaki bu fenotiplerin altında yatan çeşitli moleküler mekanizmaları ortaya koymak diğer bir araştırma odağımızdır.

 

Eğitim/Araştırma Deneyimi
2014 – halen Yardımcı Doçent – Grup Lideri
Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir Biyotıp ve Genom Enstitüsü/Merkezi, İzmir, Türkiye.
2007 – 2014 Araştırma Görevlisi
Institute of Molecular and Cell Biology, Singapur.
2006 – 2007 Misafir Akademisyen
National Cancer Institute, Frederick, MD, ABD.
2005 – 2006 Araştırma Görevlisi
Free University, Berlin, Almanya.
2001 – 2005 Doktora
Moleküler Biyoloji, Georg-August University, Göttingen, Almanya.
2000 – 2001 Yüksek Lisans
Moleküler Biyoloji, Uluslararası Max Planck Araştırma Okulu, Göttingen, Almanya.
1996 – 2000 Lisans
Moleküler Biyoloji ve Genetik, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
YAYINLAR
• Adhikari D, Diril MK, Busayavalasa K, Risal S, Nakagawa S, Lindkvist R, Shen Y, Coppola V, Tessarollo L, Kudo NR, Kaldis P, Liu K. Mastl is required for timely activation of APC/C in meiosis I and Cdk1 reactivation in meiosis II. J Cell Biol. 2014 Sep 22;206(7):843-853.
• Miettinen TP, Pessa HK, Caldez MJ, Fuhrer T, Diril MK, Sauer U, Kaldis P, Björklund M. Identification of transcriptional and metabolic programs related to mammalian cell size. Curr Biol. 2014 Mar 17;24(6):598-608.
• Kononenko NL, Diril MK, Puchkov D, Kintscher M, Koo SJ, Pfuhl G, Winter Y, Wienisch M, Klingauf J, Breustedt J, Schmitz D, Maritzen T, Haucke V. Compromised fidelity of endocytic synaptic vesicle protein sorting in the absence of stonin 2. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Feb 5;110(6):E526-35.
• Diril MK, Ratnacaram CK, Padmakumar VC, Du T, Wasser M, Coppola V, Tessarollo L, Kaldis P. Cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) is essential for cell division and suppression of DNA re-replication but not for liver regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Mar 6;109(10):3826-31.
• Diril MK, Schmidt S, Krauss M, Gawlik V, Joost HG, Schürmann A, Haucke V, Augustin R. Lysosomal localization of GLUT8 in the testis–the EXXXLL motif of GLUT8 is sufficient for its intracellular sorting via AP1- and AP2-mediated interaction. FEBS J. 2009 Jul;276(14):3729-43.
• Diril MK, Wienisch M, Jung N, Klingauf J, Haucke V. Stonin 2 is an AP-2-dependent endocytic sorting adaptor for synaptotagmin internalization and recycling. Dev Cell. 2006 Feb;10(2):233-44.
• Walther K, Diril MK, Jung N, Haucke V. Functional dissection of the interactions of stonin 2 with the adaptor complex AP-2 and synaptotagmin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Jan 27;101(4):964-9.
• Walther K, Krauss M, Diril MK, Lemke S, Ricotta D, Honing S, Kaiser S, Haucke V. Human stoned B interacts with AP-2 and synaptotagmin and facilitates clathrin-coated vesicle uncoating. EMBO Rep. 2001 Jul;2(7):634-40.