Explanted mammalian cells perform a limited number of cell division in vitro and than are arrested in a state known as replicative senescence. Such cells are irreversibly blocked, mostly in the G1 phase of cell cycle, and are no longer sensitive to growth factor stimulation. Thus replicative senescence is defined as a permanent and irreversible loss of replicative potential of cells. For this characteristic, replicative senescence seems to evolve to protect mammalian organism from cancer. However, senescence also contributes to aging. It seems to decrease with age of the cell donor and, as a form of cell senescence, is thought to underlie the aging process. Extensive evidence supports the idea that progressive telomere loss contributes to the phenomenon of cell senescence. Telomeres are repetitive structures of the sequence (TTAGGG)n at the ends of linear chromosomes. It has been shown that the average length of telomere repeats in human somatic cells decreases by 30∼200 bp with each cell division. It is generally believed that when telomeres reach a critical length, a signal is activated to initiate the senescent program. This has given rise to the hypothesis that telomeres act as mitotic clocks to regulate lifespan. One proposes that cumulative oxidative stress, mainly reactive oxygen species generated from mitochondria, may mainly cause telomere shortening, accelerating aging. Here, the biological importance and mechanism of replicative senescence were briefly reviewed. Also it was summarized that how oxidative stress affects replicative senescence and telomere shortening.
Aging is the most important single risk factor for many chronic diseases such as cancer, metabolic syndrome, and neurodegenerative disorders. Targeting aging itself might, therefore, be a better strategy than targeting each chronic disease individually for enhancing human health. Although much should be achieved for completely understanding the biological basis of aging, cellular senescence is now believed to mainly contribute to organismal aging via two independent, yet not mutually exclusive mechanisms: on the one hand, senescence of stem cells leads to exhaustion of stem cells and thus decreases tissue regeneration. On the other hand, senescent cells secrete many proinflammatory cytokines, chemokines, growth factors, and proteases, collectively termed as the senescence-associated secretory phenotype (SASP), which causes chronic inflammation and tissue dysfunction. Much effort has been recently made to therapeutically target detrimental effects of cellular senescence including selectively eliminating senescent cells (senolytics) and modulating a proinflammatory senescent secretome (senostatics). Here, we discuss current progress and limitations in understanding molecular mechanisms of senolytics and senostatics and therapeutic strategies for applying them. Furthermore, we propose how these novel interventions for aging treatment could be improved, based on lessons learned from cancer treatment.
The maintenance of mitochondrial function is closely linked to the control of senescence. In our previous study, we uncovered a novel mechanism in which senescence amelioration in normal aging cells is mediated by the recovered mitochondrial function upon Ataxia telangiectasia mutated (ATM) inhibition. However, it remains elusive whether this mechanism is also applicable to senescence amelioration in accelerated aging cells. In this study, we examined the role of ATM inhibition on mitochondrial function in Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) and Werner syndrome (WS) cells. We found that ATM inhibition induced mitochondrial functional recovery accompanied by metabolic reprogramming, which has been known to be a prerequisite for senescence alleviation in normal aging cells. Indeed, the induced mitochondrial metabolic reprogramming was coupled with senescence amelioration in accelerated aging cells. Furthermore, the therapeutic effect via ATM inhibition was observed in HGPS as evidenced by reduced progerin accumulation with concomitant decrease of abnormal nuclear morphology. Taken together, our data indicate that the mitochondrial functional recovery by ATM inhibition might represent a promising strategy to ameliorate the accelerated aging phenotypes and to treat age-related disease.
How much do we know about the biology of aging from cell culture studies Most normal somatic cells have a finite potential to divide due to a process termed cellular or replicative senescence. A growing body evidence suggests that senescence evolved to protect higher eu-karyotes, particularly mammals, from developing cancer, We now know that telomere shortening due to the biochemistry of DNA replication, induces replicative senescence in human cells. How-ever in rodent cells, replicative senescence occurs despite very long telomeres. Recent findings suggest that replicative senescence is just the tip of the iceberg of a more general process termed cellular senescence. It appears that cellular senescence is a response to potentially oncogenic in-sults, including oxidative damage. In young orgainsms, growth arrest by cell senescence sup-presses tumor development, but later in life, due to the accumulation of senescent cells which se-cret factors that can disrupt tissues during aging, cellular senescence promotes tumorigenesis. Therefore, antagonistic pleiotropy may explain, if not in whole the apparently paradoxical effects of cellular senescence, though this still remains an open question.
Seungyeon Yang;Subin Moon;Soojung Claire Hur;Seung Min Jeong
BMB Reports
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v.56
no.12
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pp.651-656
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2023
Senescence, a cellular process through which damaged or dysfunctional cells suppress the cell cycle, contributes to aging or age-related functional decline. Cell metabolism has been closely correlated with aging processes, and it has been widely recognized that metabolic changes underlie the cellular alterations that occur with aging. Here, we report that fatty acid oxidation (FAO) serves as a critical regulator of cellular senescence and uncover the underlying mechanism by which FAO inhibition induces senescence. Pharmacological or genetic ablation of FAO results in a p53-dependent induction of cellular senescence in human fibroblasts, whereas enhancing FAO suppresses replicative senescence. We found that FAO inhibition promotes cellular senescence through acetyl-CoA, independent of energy depletion. Mechanistically, increased formation of autophagosomes following FAO inhibition leads to a reduction in SIRT1 protein levels, thereby contributing to senescence induction. Finally, we found that inhibition of autophagy or enforced expression of SIRT1 can rescue the induction of senescence as a result of FAO inhibition. Collectively, our study reveals a distinctive role for the FAO-autophagy-SIRT1 axis in the regulation of cellular senescence.
Senescent cells that gradually accumulate during aging are one of the leading causes of aging. While senolytics can improve aging in humans as well as mice by specifically eliminating senescent cells, the effect of the senolytics varies in different cell types, suggesting variations in senescence. Various factors can induce cellular senescence, and the rate of accumulation of senescent cells differ depending on the organ. In addition, since the heterogeneity is due to the spatiotemporal context of senescent cells, in vivo studies are needed to increase the understanding of senescent cells. Since current methods are often unable to distinguish senescent cells from other cells, efforts are being made to find markers commonly expressed in senescent cells using bulk RNA-sequencing. Moreover, single-cell RNA (scRNA) sequencing, which analyzes the transcripts of each cell, has been utilized to understand the in vivo characteristics of the rare senescent cells. Recently, transcriptomic cell atlases for each organ using this technology have been published in various species. Novel senescent cells that do not express previously established marker genes have been discovered in some organs. However, there is still insufficient information on senescent cells due to the limited throughput of the scRNA sequencing technology. Therefore, it is necessary to improve the throughput of the scRNA sequencing technology or develop a way to enrich the rare senescent cells. The in vivo senescent cell atlas that is established using rapidly developing single-cell technologies will contribute to the precise rejuvenation by specifically removing senescent cells in each tissue and individual.
Kil, In Sup;Shim, Jinsup;Cho, Gayoung;Choi, Sowoong;Son, Eui Dong;Kim, Hyoung-June
Korea Journal of Cosmetic Science
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v.1
no.1
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pp.1-9
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2019
The identification of compounds with anti-senescence activity in cell culture system is a first step in aging research. Given that pyruvate can be used energy source by conversion to acetyl-CoA in mitochondria, and protects cultured cell from various stress-induced cell damage and cell death, synthetic media (e.g., DMEM) often includes 1 mM pyruvate, which is very higher than the pyruvate concentration in human blood (approximately 30 M). However, the use of medium containing high concentration of pyruvate is not suitable for screening anti-senescence compounds, because pyruvate also protects against the cellular senescence of primary human dermal fibroblasts (NHDFs) through NAD+ generated during conversion to lactate. In this study, four extracts, i.e., Sprouted seed and fruit complex, Poncirus trifoliata fruit extract, Jaum balancing complex, and Prunus mume extract were used for evaluation of different anti-senescence effect in the absence or presence of 0.1 mM pyruvate, similar to the physiological pyruvate concentration. The senescence in NHDFs cultured with DMEM in the presence of 0.1 mM pyruvate (approximately the physiological concentration in human blood) is accelerated, as observed in pyruvate deprivation conditions. The cytotoxicity of the Poncirus trifoliata fruit extract was protected by pyruvate, and Jaum balancing complex and Prunus mume extract had anti-senescence activity in the presence of 0.1 mM pyruvate, but not in the absence of pyruvate. Given that pyruvate is a powerful protector against both cytotoxicity and cellular senescence, the screening of candidate agents for anti-senescence in high pyruvate conditions using an in vitro cell culture system is not valid. Therefore, we recommend the use of a low concentration of pyruvate to evaluate the anti-senescence effects of candidates, which is more similar to in vivo aging conditions than excessive stress-induced senescence models, to exclude the effect of excessive pyruvate in vitro.
Cellular senescence is a state of permanent cell-cycle arrest triggered by different internal and external stimuli. This phenomenon is considered to be both beneficial and detrimental depending on the cell types and biological contexts. During normal embryonic development and after tissue injury, cellular senescence is critical for tissue remodeling. In addition, this process is useful for arresting growth of tumor cells, particularly during early onset of tumorigenesis. However, accumulation of senescent cells decreases tissue regenerative capabilities and induces inflammation, which is responsible for cancer and organismal aging. Therefore cellular senescence has to be tightly regulated, and dysregulation might lead to the aging and human diseases. Among many regulators of cellular senescence, in this review, I will focus on microRNAs, small non-coding RNAs playing critical roles in diverse biological events including cellular senescence.
Background: Although microbial infection is direct cause of periodontal disease, various environmental factors influence the disease severity. Aging is considered a risk factor for oral diseases, with the prevalence of periodontal diseases increasing with age. Moreover, senescence-associated secretory phenotype (SASP) expressed in age-related diseases is a key marker of chronic inflammation and aging phenotypes. Therefore, this study aimed to understand the relevance of senescent cells to periodontal health and disease, investigate the possibility of regulating the expression of aging- and osteolysis-related factors in gingival fibroblasts, and investigate the effect of senescence induction in gingival fibroblasts on osteoclast differentiation in mouse bone marrow-derived macrophages (BMMs). Methods: After stimulation with 400 nM hydrogen peroxidase, human gingival fibroblasts (HGFs) were examined for senescence-associated β-galactosidase. Western blot and enzyme-linked immunosorbent assays were performed to assess the expression of SASP. Osteoclast formation was assessed in BMMs using a conditioned medium (CM) from hydrogen peroxide-stimulated HGFs. Osteoclastic differentiation was investigated using tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining and activity. Data analysis was performed using SPSS version 25.0. Results: The expression of senescence-related molecules, including p53, p16, and p21, and the expression of osteolytic factors, including IL-6, IL-8, and IL-17, were found to be significantly higher in the hydrogen peroxide-stimulated HGF than in the control group. Regarding the indirect effects of senescent gingival cells, the number of osteoclasts and TRAP activity increased according to the differentiation of BMM cultured in CM. Conclusion: Our results on the of between osteolytic factors and cellular senescence in gingival fibroblast cells helped to reveal evidence of pathological aging mechanisms. Furthermore, our results suggest that the development of novel therapies that target specific SASP factors could be an effective treatment strategy for periodontal disease.
Kim, Seul Gi;Sung, Jin Young;Kim, Jae-Ryong;Choi, Hyoung Chul
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.24
no.1
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pp.69-79
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2020
Aging is one of the risk factors for the development of cardiovascular diseases. During the progression of cellular senescence, cells enter a state of irreversible growth arrest and display resistance to apoptosis. As a flavonoid, quercetin induces apoptosis in various cells. Accordingly, we investigated the relationship between quercetin-induced apoptosis and the inhibition of cellular senescence, and determined the mechanism of oxidative stress-induced vascular smooth muscle cell (VSMC) senescence. In cultured VSMCs, hydrogen peroxide (H2O2) dose-dependently induced senescence, which was associated with increased numbers of senescence-associated β-galactosidase-positive cells, decreased expression of SMP30, and activation of p53-p21 and p16 pathways. Along with senescence, expression of the anti-apoptotic protein Bcl-2 was observed to increase and the levels of proteins related to the apoptosis pathway were observed to decrease. Quercetin induced apoptosis through the activation of AMP-activated protein kinase. This action led to the alleviation of oxidative stress-induced VSMC senescence. Furthermore, the inhibition of AMPK activation with compound C and siRNA inhibited apoptosis and aggravated VSMC senescence by reversing p53-p21 and p16 pathways. These results suggest that senescent VSMCs are resistant to apoptosis and quercetin-induced apoptosis attenuated the oxidative stress-induced senescence through activation of AMPK. Therefore, induction of apoptosis by polyphenols such as quercetin may be worthy of attention for its anti-aging effects.
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