Droplet-based microfluidic systems move forward since 2000s having benefits compared to the conventional methods like improved sensitivity, automated and high throughput operation. This thesis involves a combined approach of the engineering and biological principles and analyses within the droplet-based microfluidic system. The performances of different microfluidic bioreactor designs were tested, and the surfactant concentration against the toxicity to cells and the flow rates were optimized. Diploid BY4743 strain with GFP tagged Rpl5 protein and haploid EY0987 strain with Nop56 protein were treated with hydroxyurea (HU) and temsirolimus drugs to understand the functions of these proteins in ribosome biogenesis. The responses of the cells were measured based on the cell area and the amount of protein expressions. SOM analysis was performed, and several clustering approaches gather the over- and underexpressed genes together. GO analysis was applied to these clusters to understand the cumulative functions of the genes in the clusters. The experimental and computational results on the response of the cells were interpreted within the context of ribosome biogenesis. HU inhibits cell growth, decreases cell dimension and protein expression of Nop56 and Rpl5, which function in ribosome biogenesis. Temsirolimus, inhibits EY0987 yeast cell growth, decreases cell dimension and protein expression of Nop56, whereas the drug effects on diploid BY4743 strain and Rpl5 protein are unclear. SOM analysis reveals that the clusters, in which NOP56, NOP58 and RPL5 are involved, are related to ribosome biogenesis, rRNA processing and nucleolus, and the genes in these clusters are suppressed after 10 to 14 minutes of rapamycin treatment. This study elucidates the role of nucleolar components, snoRNP proteins, in ribosome biogenesis and confidently lead to novel therapeutic strategies for ribosomal protein related diseases.

2000li yıllardan beri sürekli gelişmekte olan damlacık tabanlı mikro-akışkan sistemler, gelişmiş hassasiyette olmaları, otomatize edilebilmeleri ve yüksek çıktı alınabil- mesi itibariyle geleneksel yöntemlere kıyasla daha faydalıdır. Bu tezde, mühendislik ve biyoloji, damlacık tabanlı mikroakışkan sistemde birleştirilmiş; farklı mikroakışkan bi- yoreaktör tasarımları test edilmiş, sürfaktan konsantrasyonu hücrelere olan toksisitesine karşı belirlenmiş ve akış oranları ayarlanmıştır. Deneysel çalışmalarda, RPL5 proteini yeşil floresan etiketli BY4743 ve NOP56 proteini kırmızı floresan etiketli EY0987 suşlarına hidroksiüre ve temsirolimus ilaçları uygulanmasıyla, bu proteinlerin ribozom biyojenezindeki işlevleri açıklanmaya çalışılmıştır. Hücrelerin tepkileri hücre alanlarına ve protein ifadelerine bakılarak ölçülmüştür. SOM analiz ile elde edilen çeşitli kümeleme yaklaşımları, aşırı/az ifade edilmiş genleri bir araya getirmiştir. Bu kümeler- deki genlerin genel fonksiyonlarını anlamak için bu kümelere gen zenginleştirme analizi uygulanmıştır. Hem deneysel hem de hesaplamalı elde edilen sonuçlar, ribozom bi- yojenezi kapsamında yorumlanmıştır. HU'nun hücre büyümesini engellediği ve NOP56 ve RPL5 genlerinin protein ifadesini azalttığı açıkça görülmüştür. Temsirolimus'un EY0987 suşu üzerinde hücre büyümesini engellemek ve Nop56 protein ifadesini azaltmak gibi etkileri varken, BY4743 suşu üzerindeki hücre büyümesi ve Rpl5 protein ifadesine etkisi açık değildir. SOM analizi, NOP56, NOP58 ve RPL5 genlerinin dahil olduğu kümelerin, ribozom biyojenezi, rRNA işleme ve nükleolus ile ilişkili olduğunu göstermektedir ve bu kümelerdeki genlerin 10-14 dakikalık rapamisin tedavisinden sonra bastırıldığını ortaya koymaktadır. Bu çalışma, nükleolar bileşenlerin ribozom biyojenezindeki rollerini açıklamaktadır ve ribozomal proteinlerle alakalı hastalıklara karşı yeni terapötik stratejilerin gelişmesine liderlik edeceği düşünülmektedir.