Identification of TF-mediated dynamics of signalling pathways in stem cell reprogramming and differentiation using NGS data

Abstract

Uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPS hücreleri), bir organizmadan somatik hücrelerdeki kök hücrelerin özelliklerinin geri kazandırılmasıyla oluşturulur. Uyarılmış pluripotent kök hücrelerin kullanımı tıpta, özellikle rejeneratif ve kişiselleştirilmiş tıpta büyük umutlar vaat etmektedir. iPSC'ler, spesifik transkripsiyon faktörlerinin ekspresyonunun arttırılması gibi metotlarla pluripotensiteye yeniden programlanabilen somatik hücrelerden oluşturulmaktadırlar. iPSC kullanımına dayanan teknikler, hastalık mekanizmalarını anlamak, ilaç içeriklerini keşfetmek ve yeni terapötik müdahaleler geliştirmek için araçlar sağlar. iPSC'nin somatik hücrelerden yeniden programlanması ve somatik hücrelerin iPSC'den farklılaşması, yeniden programlama mekanizmalarının ve sinyal yollarının aktivasyonu ile gerçekleşir. Transkripsiyon faktörlerinin (TF'ler) ifadesinin artması veya baskılanması bu düzenleyici ağları etkiler. Sinyal yollarını etkileyen transkripsiyon faktörlerinin ve spesifik genlerin tanımlanması, hücre farklılaşma mekanizmalarını ortaya çıkarmak için önemli bir adımdır ve bu yolların zamana bağlı değişimleri incelenerek hücre farklılaşma mekanizmaları hakkında daha fazla bilgi elde etmek mümkündür. Epigenetik işaretlerde, TF'lerde ve spesifik genlerin ifade seviyelerindeki zamana bağlı değişiklikler, RNA-Seq ve ChIP-Seq gibi omik teknolojileri kullanılarak ortaya konabilir. Bu çalışmanın temel amacı, farklılaşma ve yeniden programlama süreçlerinin karşılaştırılması ve bu iki sürecin transkriptom ve epigenomik veri setleri kullanılarak tersinirliğinin incelenmesidir. Amacım verimli hücre farklılaşması için yeni stratejiler önermek, farklılaşma süreçlerinin tersine çevrilebilirliğini test etmek ve ayrıca bu süreçlerin arkasındaki mekanizmalara ışık tutmaktır.Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are formed by restoring features of the stem cells in somatic cells from an organism. Use of induced pluripotent stem cells holds great promise in medicine, especially regenerative and personalized medicine. iPSCs originate from somatic cells which are reprogrammed into pluripotency via directed methods such as expression of specific transcription factors. iPSC-associated techniques provide tools to understand disease mechanisms, discover drug contents and develop new therapeutic interventions. Reprogramming of iPSC from somatic cells and differentiation of somatic cells from iPSC takes place by activation of reprogramming mechanisms and their signaling pathways. Expression or repression of transcription factors (TFs) regulate these pathways. The identification of transcription factors and specific genes affecting signaling pathways is an important step in revealing cell differentiation mechanisms. Further insights about cell differentiation mechanisms can be obtained by studying the time-dependent activities of these pathways. Time dependent change in the epigenetic marks, TFs and expression of the specific genes can be profiled using omics technologies such as RNA-Seq and ChIP Seq. The main target of this study is a comparison of the differentiation and reprogramming processes and examining the reversibility of these two processes using transcriptome and epigenomics datasets. My aim is to propose new strategies for efficient cell differentiation, test the reversibility of differentiation processes, in addition, to shed light on mechanisms behind these processes.