Cellular senescence is a process by which cells enter a state of permanent cell cycle arrest. It is commonly believed to underlie organismal aging and age-associated diseases. However, the mechanism by which cellular senescence contributes to aging and age-associated pathologies remains unclear. Recent studies showed that senescent cells exert detrimental effects on the tissue microenvironment, generating pathological facilitators or aggravators. The most significant environmental effector resulting from senescent cells is the senescence-associated secretory phenotype (SASP), which is constituted by a strikingly increased expression and secretion of diverse pro-inflammatory cytokines. Careful investigation into the components of SASPs and their mechanism of action, may improve our understanding of the pathological backgrounds of age-associated diseases. In this review, we focus on the differential expression of SASP-related genes, in addition to SASP components, during the progress of senescence. We also provide a perspective on the possible action mechanisms of SASP components, and potential contributions of SASP-expressing senescent cells, to age-associated pathologies.
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.
Park, Young-Chae;Yang, Dae-Seung;Kim, Jae-Ho;Kim, Hyun-A;You, Yong-Ouk;Sin, Hyung-Shik
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.31
no.1
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pp.135-148
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2001
Gingival fibroblasts are major cellular component of gingiva. However, the molecular mechanisms of senescence of human gingival fibroblasts are unknown. Human fibroblasts undergo replicative senescence in vitro after a limited number of population doublings. A reduced rate of proliferation is a prominent phenomenon observed in senescent fibroblasts. This phenomenon is controled by cell cycle regulatory proteins. The purpose of present study was to investigate the effect of replicative senescence on cell cycle progression and to find out its molecular mechanisms in human gingival fibroblasts. Replicative senescence of gingival fibroblasts were induced by subsequent cultures that were repeated up to 18 passage. In the present study, I examined change of cell proliferation, cell activity, cell viability and cell cycle progression during the replicative process. Also, I examined expression of cell cycle regulatory proteins which was estimated by western blot analysis. Cell proliferation, cell activity and cell viability of gingival fibroblasts were notably decreased with increase of population doubling level(PDL). S phase was decreased and G1 phase was increased with increase of PDL. Western blot analysis showed that levels of P16, p21 and p53 of senescent gingival fibroblasts(PDL41, PDL58) were higher than young fibroblasts(PDL27) and cdk4 were lower than young fibroblasts(PDL27). In conclusion, these results suggest that proliferative function of human gingival fibroblasts may be decreased by replicative senescence and its molecular mechanisms may be activatied with p16, p21, p53 and pRB, and repressed wtih cdk4.
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.
In this study, the effect of plant extract on the senescence action and cell survival rate in two types of cells, in which aging was derived by adriamycin, was analyzed to find the materials for suppressing cell senescence from natural resources. The results are as follows. For human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), the fruit of Physalis angulata L. and the aerial part of Synurus deltoides (Aiton) Nakai showed excellent cell-senescence inhibition activities in a treatment concentration-dependent manner, demonstrating the high possibility for utilization as a material for prevention and treatment for vascular diseases. The water extract from the root of Polygonatum odoratum var. pluriflorum for variegatum Y. N. Lee showed potent cell-senescence inhibitory effect for human dermal fibroblasts (HDFs). Thus it is considered that the additional study on the plant needs for elucidating the possible utilization as material for skin health improvement.
Cellular senescence is defined as a state of stable cell cycle exit in response to various stimuli, which include both cytotoxic stress and physiological cues. In addition to the core non-proliferative aspect, senescence is associated with diverse functionalities, which contribute to the role of senescence in a wide range of pathological and physiological processes. Such functionality is often mediated by the capability of senescent cells to communicate with their surroundings. Emerging evidence suggests that senescence is not a single entity, but a dynamic and heterogeneous collective phenotype. Understanding the diverse nature of senescence should provide insights into the complexity of tissue homeostasis and its disruption, such as in aging and tumorigenesis.
In most clinical applications, human mesenchymal stem cells (hMSCs) are expanded in large scale before their administration. Prolonged culture in vitro results in cellular senescence-associated phenotypes, including accumulation of reactive oxygen species (ROS) and decreased cell viabilities. Profiling of stem cell-related genes during in vitro expansion revealed that numerous canonical pathways were significantly changed. To determine the effect of selenocysteine (Sec), a rare amino acid found in several antioxidant enzymes, on the replicative senescence in hMSCs, we treated senescent hMSCs with Sec. Supplementation of Sec in the culture medium in late-passage hMSCs reduced ROS levels and improved the survival of hMSCs. In addition, a subset of key antioxidant genes and Sec-containing selenoproteins showed increased mRNA levels after Sec treatment. Furthermore, ROS metabolism and inflammation pathways were predicted to be downregulated. Taken together, our results suggest that Sec has antioxidant effects on the replicative senescence of hMSCs.
Objective : Endothelial colony-forming cells (ECFCs) have been reported to play an important role in the pathogenesis of moyamoya disease (MMD). We have previously observed stagnant growth in MMD ECFCs with functional impairment of tubule formation. We aimed to verify the key regulators and related signaling pathways involved in the functional defects of MMD ECFCs. Methods : ECFCs were cultured from peripheral blood mononuclear cells of healthy volunteers (normal) and MMD patients. Low-density lipoproteins uptake, flow cytometry, high content screening, senescence-associated β-galactosidase, immunofluorescence, cell cycle, tubule formation, microarray, real-time quantitative polymerase chain reaction, small interfering RNA transfection, and western blot analyses were performed. Results : The acquisition of cells that can be cultured for a long time with the characteristics of late ECFCs was significantly lower in the MMD patients than the normal. Importantly, the MMD ECFCs showed decreased cellular proliferation with G1 cell cycle arrest and cellular senescence compared to the normal ECFCs. A pathway enrichment analysis demonstrated that the cell cycle pathway was the major enriched pathway, which is consistent with the results of the functional analysis of ECFCs. Among the genes associated with the cell cycle, cyclin-dependent kinase inhibitor 2A (CDKN2A) showed the highest expression in MMD ECFCs. Knockdown of CDKN2A in MMD ECFCs enhanced proliferation by reducing G1 cell cycle arrest and inhibiting senescence through the regulation of CDK4 and phospho retinoblastoma protein. Conclusion : Our study suggests that CDKN2A plays an important role in the growth retardation of MMD ECFCs by inducing cell cycle arrest and senescence.
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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[게시일 2004년 10월 1일]
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