Background: When cells are damaged by nicotine, cellular senescence due to oxidative stress accelerates. In addition, stress-induced inflammatory response and cellular senescence cause the accumulation of damaged organelles in cells, and autophagy appears to remove them. Conversely, when autophagy is reduced, harmful cell components accumulate, and aging is accelerated. This study aimed to determine the association between nicotine-induced cellular senescence and autophagy expression patterns in human gingival fibroblasts. Methods: Cells were treated with various concentrations of nicotine (0, 0.1, 0.5, 1, 2, and 5 mM) and 10 nM rapamycin was added to 1 mM nicotine to investigate the relationship between autophagy and cellular senescence. Cell viability was confirmed using WST-8 and the degree of cellular senescence was measured by SA-β-gal staining. The expression of the inflammatory proteins (COX-2 and iNOS) and autophagy markers (LC3-II, p62, and Beclin-1) was analyzed by western blotting. Results: The cell viability tended to decrease in a concentration-dependent manner. COX-2 showed no concentration-dependent expression and iNOS increased in the 0.5 mM nicotine treated group. The degree of cellular senescence was the highest in the 1 mM nicotine treatment group. In the group treated with rapamycin and nicotine, the conversion ratio of LC3-II to LC3-I was the highest, that of p62 was the lowest, and the level of Beclin-1 proteins was significantly increased. Furthermore, the degree of cellular senescence was reduced in the group in which rapamycin was added to nicotine compared to that in the group treated with nicotine alone. Conclusion: This study provides evidence that autophagy activated in an aging environment reduces cellular senescence to a certain some extent.
Aims and Background: Traditional chemotherapy strategies for human leukemia commonly use drugs based on cytotoxicity to eradicate cancer cells. One predicament is that substantial damage to normal tissues is likely to occur in the course of standard treatments. Obviously, it is urgent to explore therapies that can effectively eliminate malignant cells without affecting normal cells. Our previous studies indicated that ginsenoside $Rg_1$ ($Rg_1$), a major active pharmacological ingredient of ginseng, could delay normal hematopoietic stem cell senescence. However, whether $Rg_1$ can induce cancer cell senescence is still unclear. Methods: In the current study, human leukemia K562 cells were subjected to $Rg_1$ exposure. The optimal drug concentration and duration with K562 cells was obtained by MTT colorimetric test. Effects of $Rg_1$ on cell cycle were analyzed using flow cytometry and by SA-${\beta}$-Gal staining. Colony-forming ability was measured by colony-assay. Telomere lengths were assessed by Southern blotting and expression of senescence-associated proteins P21, P16 and RB by Western blotting. Ultrastructural morphology changes were observed by transmission electron microscopy. Results: K562 cells demonstrated a maximum proliferation inhibition rate with an $Rg_1$ concentration of $20{\mu}\;mol{\cdot}L^{-1}$ for 48h, the cells exhibiting dramatic morphological alterations including an enlarged and flat cellular morphology, larger mitochondria and increased number of lysosomes. Senescence associated-${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-Gal) activity was increased. K562 cells also had decreased ability for colony formation, and shortened telomere length as well as reduction of proliferating potential and arrestin $G_2$/M phase after $Rg_1$ interaction. The senescence associated proteins P21, P16 and RB were significantly up-regulated. Conclusion: Ginsenoside $Rg_1$ can induce a state of senescence in human leukemia K562 cells, which is associated with p21-Rb and p16-Rb pathways.
Lee, Yun Yeong;Ryu, Min Sook;Kim, Hong Seok;Suganuma, Masami;Song, Kye Yong;Lim, In Kyoung
Molecules and Cells
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v.39
no.3
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pp.266-279
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2016
The mechanism by which 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) bypasses cellular senescence was investigated using human diploid fibroblast (HDF) cell replicative senescence as a model. Upon TPA treatment, protein kinase C (PKC) ${\alpha}$ and $PKC{\beta}1$ exerted differential effects on the nuclear translocation of cytoplasmic pErk1/2, a protein which maintains senescence. $PKC{\alpha}$ accompanied pErk1/2 to the nucleus after freeing it from $PEA-15pS^{104}$ via $PKC{\beta}1$ and then was rapidly ubiquitinated and degraded within the nucleus. Mitogen-activated protein kinase docking motif and kinase activity of $PKC{\alpha}$ were both required for pErk1/2 transport to the nucleus. Repetitive exposure of mouse skin to TPA downregulated $PKC{\alpha}$ expression and increased epidermal and hair follicle cell proliferation. Thus, $PKC{\alpha}$ downregulation is accompanied by in vivo cell proliferation, as evidenced in 7, 12-dimethylbenz(a)anthracene (DMBA)-TPA-mediated carcinogenesis. The ability of TPA to reverse senescence was further demonstrated in old HDF cells using RNA-sequencing analyses in which TPA-induced nuclear $PKC{\alpha}$ degradation freed nuclear pErk1/2 to induce cell proliferation and facilitated the recovery of mitochondrial energy metabolism. Our data indicate that TPA-induced senescence reversal and carcinogenesis promotion share the same molecular pathway. Loss of $PKC{\alpha}$ expression following TPA treatment reduces pErk1/2-activated SP1 biding to the $p21^{WAF1}$ gene promoter, thus preventing senescence onset and overcoming G1/S cell cycle arrest in senescent cells.
Kim, Hyo Jin;Lee, So Young;Kim, Do Hyung;Jin, Mu Hyun;Roh, Seok-Seon;Kim, Hyung-Min;Choi, In-Hwa;Lee, Myeong Soo;Lee, Sang Hwa
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.41
no.2
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pp.135-141
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2015
Cell senescence can be identified by cellular changes that occur as a result of intrinsic aging and/or diseases. In case of skin cells, aging and cell senescence caused by external factors results in cessation of cell proliferation and cellular malfunction, which, in turn, accelerates skin aging. In this study, inhibition of cell senescence and enhancement of cell function were studied using cordycepin to evaluate the potential for skin anti-aging agent. By comparing with the number of senescence associated with ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) positive cells in young and replicative aged human fibroblasts, it was found that replicative aged cells showed higher expression of ${\beta}$-galactosidase. Treatment of cordycepin - known as an anti-oxidative and anti-inflammatory agent - reduced ${\beta}$-galactosidase expression in senescent cells and enhanced cell survival in serum-free culture condition. Cordycepin also showed superb inhibition of ROS, which is another indicator of cell senescence. The results of this study proved the anti-aging effect of cordycepin on human fibroblasts and also proposed a possibility of its use as an anti-aging cosmetic ingredient.
Junaid, Muhammad;Lee, Aejin;Kim, Jaehyung;Park, Tae Jun;Lim, Su Bin
Molecules and Cells
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v.45
no.9
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pp.610-619
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2022
Cellular senescence plays a paradoxical role in tumorigenesis through the expression of diverse senescence-associated (SA) secretory phenotypes (SASPs). The heterogeneity of SA gene expression in cancer cells not only promotes cancer stemness but also protects these cells from chemotherapy. Despite the potential correlation between cancer and SA biomarkers, many transcriptional changes across distinct cell populations remain largely unknown. During the past decade, single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technologies have emerged as powerful experimental and analytical tools to dissect such diverse senescence-derived transcriptional changes. Here, we review the recent sequencing efforts that successfully characterized scRNA-seq data obtained from diverse cancer cells and elucidated the role of senescent cells in tumor malignancy. We further highlight the functional implications of SA genes expressed specifically in cancer and stromal cell populations in the tumor microenvironment. Translational research leveraging scRNA-seq profiling of SA genes will facilitate the identification of novel expression patterns underlying cancer susceptibility, providing new therapeutic opportunities in the era of precision medicine.
ARF is an alternative reading frame product of the INK4a/ARF locus, inactivated in numerous human cancers. ARF is a key regulator of cellular senescence, an irreversible cell growth arrest that suppresses tumor cell growth. It functions by sequestering MDM2 (a p53 E3 ligase) in the nucleolus, thus activating p53. Besides MDM2, ARF has numerous other interacting partners that induce either cellular senescence or apoptosis in a p53-independent manner. This further complicates the dynamics of the ARF network. Expression of ARF is frequently disrupted in human cancers, mainly due to epigenetic and transcriptional regulation. Vigorous studies on various transcription factors that either positively or negatively regulate ARF transcription have been carried out. However, recent focus on posttranslational modifications, particularly ubiquitination, indicates wider dynamic controls of ARF than previously known. In this review, we discuss the role and dynamic regulation of ARF in senescence and cancer.
Kwon, So Mee;Hong, Sun Mi;Lee, Young-Kyoung;Min, Seongki;Yoon, Gyesoon
BMB Reports
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v.52
no.1
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pp.5-12
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2019
Organismal aging is accompanied by a host of progressive metabolic alterations and an accumulation of senescent cells, along with functional decline and the appearance of multiple diseases. This implies that the metabolic features of cell senescence may contribute to the organism's metabolic changes and be closely linked to age-associated diseases, especially metabolic syndromes. However, there is no clear understanding of senescent metabolic characteristics. Here, we review key metabolic features and regulators of cellular senescence, focusing on mitochondrial dysfunction and anabolic deregulation, and their link to other senescence phenotypes and aging. We further discuss the mechanistic involvement of the metabolic regulators mTOR, AMPK, and GSK3, proposing them as key metabolic switches for modulating senescence.
Kim, Tae-Hoon;Kim, Ji-Yoon;Bae, Jieun;Kim, Young-Mi;Won, Moo-Ho;Ha, Kwon-Soo;Kwon, Young-Guen;Kim, Young-Myeong
Journal of Ginseng Research
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v.45
no.2
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pp.344-353
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2021
Background: Korean Red ginseng extract (KRGE) has beneficial effects on the cardiovascular system by improving endothelial cell function. However, its pharmacological effect on endothelial cell senescence has not been clearly elucidated. Therefore, we examined the effect and molecular mechanism of KRGE on the senescence of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Methods: HUVECs were grown in normal or KRGE-supplemented medium. Furthermore, they were transfected with heme oxygenase-1 (HO-1) gene or treated with its inhibitor, a NF-κB inhibitor, and a miR-155-5p mimic or inhibitor. Senescence-associated characteristics of endothelial cells were determined by biochemical and immunohistochemical analyses. Results: Treatment of HUVECs with KRGE resulted in delayed onset and progression of senescence-associated characteristics, such as increased lysosomal acidic β-galactosidase and decreased telomerase activity, angiogenic dysfunction, and abnormal cell morphology. KRGE preserved the levels of anti-senescent factors, such as eNOS-derived NO, MnSOD, and cyclins D and A: however, it decreased the levels of senescence-promoting factors, such as ROS, activated NF-κB, endothelial cell inflammation, and p21 expression. The beneficial effects of KRGE were due to the induction of HO-1 and the inhibition of NF-κB-dependent biogenesis of miR-155-5p that led to the downregulation of eNOS. Moreover, treatment with inhibitors of HO-1, NF-κB, and miR-155-5p abolished the anti-senescence effects of KRGE. Conclusion: KRGE delayed or prevented HUVEC senescence through a signaling cascade involving the induction of HO-1, the inhibition of NF-κB-dependent miR-155-5p biogenesis, and the maintenance of the eNOS/NO axis activity, suggesting that it may protect against vascular diseases associated with endothelial senescence.
Fibroblast growth factor (FGF)-2 is one of the most effective growth factors to increase the growth rate of mesenchymal stem cells (MSCs). Previously, we reported that low dose of FGF-2 (1 ng/ml) induced proliferation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) through AKT and ERK activation resulting in reduction of autophagy and senescence, but not at a high dose. In this study, we investigated the effects of high dose FGF-2 (10 ng/ml) on proliferation, autophagy and senescence of BMSCs for long term cultures (i.e., 2 months). FGF-2 increased the growth rate of BMSCs in a dose dependent manner for a short term (3 days), while during long term cultures (2 months), population doubling time was increased and accumulated cell number was lower than control in BMSCs when cultured with 10 ng/ml of FGF-2. 10 ng/ml of FGF-2 induced immediate de-phosphorylation of ERK1/2, expression of LC3-II, and increase of senescence associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-Gal, senescence marker) expression. In conclusion, we showed that 10 ng/ml of FGF-2 was inadequate for ex vivo expansion of BMSCs because 10 ng/ml of FGF-2 induced growth retardation via ERK1/2 de-phosphorylation and induction of autophagy and senescence in BMSCs.
Eun-Jin Bae;Minsun Choi;Jeong Tae Kim;Dong-Kyu Kim;Min Kyo Jung;Changyoun Kim;Tae-Kyung Kim;Jun Sung Lee;Byung Chul Jung;Soo Jean Shin;Ka Hyun Rhee;Seung-Jae Lee
Experimental and Molecular Medicine
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v.54
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pp.788-800
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2022
Cell-to-cell propagation of α-synuclein is thought to be the underlying mechanism of Parkinson's disease progression. Recent evidence suggests that inflammation plays an important role in the propagation of protein aggregates. However, the mechanism by which inflammation regulates the propagation of aggregates remains unknown. Here, using in vitro cultures, we found that soluble factors secreted from activated microglia promote cell-to-cell propagation of α-synuclein and further showed that among these soluble factors, TNF-α had the most robust stimulatory activity. Treatment of neurons with TNF-α triggered cellular senescence, as shown by transcriptomic analyses demonstrating induction of senescence-associated genes and immunoanalysis of senescence phenotype marker proteins. Interestingly, secretion of α-synuclein was increased in senescent neurons, reflecting acquisition of a senescence-associated secretory phenotype (SASP). Using vacuolin-1, an inhibitor of lysosomal exocytosis, and RNAi against rab27a, we demonstrated that the SASP was mediated by lysosomal exocytosis. Correlative light and electron microscopy and immunoelectron microscopy confirmed that propagating α-synuclein aggregates were present in electron-dense lysosome-like compartments. TNF-α promoted the SASP through stimulation of lysosomal exocytosis, thereby increasing the secretion of α-synuclein. Collectively, these results suggest that TNF-α is the major inflammatory factor that drives cell-to-cell propagation of α-synuclein by promoting the SASP and subsequent secretion of α-synuclein.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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