Cellular senescence, a process of cell proliferation arrest in response to various stressors, has been considered to be important factor in age-related disease. Identification of senescent cells in tissues is limited and the role of senescent cells is poorly understood. Recently however, several studies showed the characterization of senescent cells in various pathologic conditions and the role of senescent cells in disease progression is becoming important. Senescent cells are growth-arrested cells, however, the senescence associated secretory phenotype (SASP) of senescent cells could modify the tissues' microenvironment. Here, we discuss the progress and understanding of the role of senescent cells in tissues of pathologic conditions and discuss the development of new therapeutic paradigms, such as senescent cells-targeted therapy.
Exogenously applied spermine, spermidine and putrescine caused a delay of senescence in fronds Lemna gibba G3 under continuous illumination. When the proximal half of a frond containing the meristematic“pockets”was removed, endogenous spermidine level in the distal half (half frond) increased initially to a miximal level, which was followed by a decline during a period of 10 days of incubation in light. No appreciable changes were observed with putrescine or spermine levels. Treatment of fronds with $\alpha$-difluromethylarginine (DFMA) resulted in both reduced level of spermidine and enhancement of chlorophyll loss in half fronds. $\alpha$-difluoromethylornithine (DFMO) was found to be virtually ineffective in either parameter. Results of experiments with ABA and kinetin indicate that there is a close correlation between the progress of senescence and spermidine level in Lemna fronds under illumination. It is suggested that endogenous level of spermidine is associated, at least in part, with frond senescence in this aquatic plant.
We visualized the distribution of heterochromatin in a single nucleus using plasmonic nanoparticle-conjugated H3K9me3 and H3K27me3 antibodies. Due to distance-dependent plasmonic coupling effects between nanoprobes, their scattering spectra shift to longer wavelengths as the distance between heterochromatin histone markers reduced during oncogene-induced senescence (OIS). These observations were supported by simulating scattering profiles based on considerations of particle numbers, interparticle distances, and the spatial arrangements of plasmonic nanoprobes. Using this plasmon-based colourimetric imaging, we estimated changes in distances between H3K9me3 and H3K27me3 during the formation of senescence-associated heterochromatin foci in OIS cells. We anticipate that the devised analytical technique combined with high-spatial imaging and spectral simulation will eventually lead to a new means of diagnosing and monitoring disease progression and cellular 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.
Park, Soon Yong;Jeong, Ae-Jin;Kim, Geun-Young;Jo, Ara;Lee, Joo Eon;Leem, Sun-Hee;Yoon, Joung-Hahn;Ye, Sang Kyu;Chung, Jin Woong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.10
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pp.1877-1884
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2017
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been suggested as a primary candidate for cell therapy applications because they have self-renewal and differentiation capabilities. Although they can be expanded in ex vivo system, clinical application of these cells is still limited because they survive poorly and undergo senescence or apoptosis when transplanted and exposed to environmental factors such as oxidative stress. Thus, reducing oxidative stress is expected to improve the efficacy of MSC therapy. The milk protein lactoferrin is a multifunctional iron-binding glycoprotein that plays various roles, including reduction of oxidative stress. Thus, we explored the effect of lactoferrin on oxidative stress-induced senescence and apoptosis of human MSCs (hMSCs). Measurement of reactive oxygen species (ROS) revealed that lactoferrin inhibited the production of hydrogen peroxide-induced intracellular ROS, suggesting lactoferrin as a good candidate as an antioxidant in hMSCs. Pretreatment of lactoferrin suppressed hydrogen peroxide-induced senescence of hMSCs. In addition, lactoferrin reduced hydrogen peroxide-induced apoptosis via inhibition of caspase-3 and Akt activation. These results demonstrate that lactoferrin can be a promising factor to protect hMSCs from oxidative stress-induced senescence and apoptosis, thus increasing the efficacy of MSC therapy.
Kim, Hyun-Kyung;Kang, Mi Ae;Kim, Mi-Sook;Shin, Young-Joo;Chi, Sung-Gil;Jeong, Jae-Hoon
Molecules and Cells
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v.41
no.4
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pp.362-372
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2018
High mobility group box 2 (HMGB2) is an abundant, chromatin-associated, non-histone protein involved in transcription, chromatin remodeling, and recombination. Recently, the HMGB2 gene was found to be significantly downregulated during senescence and shown to regulate the expression of senescent-associated secretory proteins. Here, we demonstrate that HMGB2 transcription is repressed by p21 during radiation-induced senescence through the ATM-p53-p21 DNA damage signaling cascade. The loss of p21 abolished the downregulation of HMGB2 caused by ionizing radiation, and the conditional induction of p21 was sufficient to repress the transcription of HMGB2. We also showed that the p21 protein binds to the HMGB2 promoter region, leading to sequestration of RNA polymerase and transcription factors E2F1, Sp1, and p300. In contrast, NF-Y, a CCAAT box-binding protein complex, is required for the expression of HMGB2, but NF-Y binding to the HMGB2 promoter was unaffected by either radiation or p21 induction. A proximity ligation assay results confirmed that the chromosome binding of E2F1 and Sp1 was inhibited by p21 induction. As HMGB2 have been shown to regulate premature senescence by IR, targeting the p21-mediated repression of HMGB2 could be a strategy to overcome the detrimental effects of radiation-induced senescence.
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.
Hwang, Jung Seok;Han, Sung Gu;Lee, Chi-Ho;Seo, Han Geuk
Food Science of Animal Resources
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v.37
no.6
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pp.917-925
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2017
Whey protein, a by-product of milk curdling, exhibits diverse biological activities and is used as a dietary supplement. However, its effects on stress-induced vascular aging have not yet been elucidated. In this study, we found that whey protein significantly inhibited the Ang II-primed premature senescence of vascular smooth muscle cells (VSMCs). In addition, we observed a marked dose- and time-dependent increase in SIRT1 promoter activity and mRNA in VSMCs exposed to whey protein, accompanied by elevated SIRT1 protein expression. Ang II-mediated repression of SIRT1 level was dose-dependently reversed in VSMCs treated with whey protein, suggesting that SIRT1 is involved in preventing senescence in response to this treatment. Furthermore, resveratrol, a well-defined activator of SIRT1, potentiated the effects of whey protein on Ang II-primed premature senescence, whereas sirtinol, an inhibitor of SIRT1, exerted the opposite. Taken together, these results indicated that whey protein-mediated upregulation of SIRT1 exerts an anti-senescence effect, and can thus ameliorate Ang II-induced vascular aging as a dietary supplement.
Kim, Min-Jung;Oh, Hyun-Ju;Setyawan, Erif Maha Nugraha;Choi, Yoo-Bin;Lee, Seok-Hee;Lee, Byeong-Chun
Journal of Veterinary Clinics
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v.34
no.1
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pp.27-33
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2017
Although HDACIs affect ubiquitously expressed histone deacetylase and increase cellular senescence, there has been little study on the effect of age on treatment with HDACIs. Accordingly, the purpose of this study was to compare cellular senescence status and vorinostat-induced senescence in fibroblasts derived from aged dogs compared to young dogs. Skin tissues were taken from young (1-year-old) and aged (7-year-old) male dogs, and fibroblasts were cultured without (control) or with 10 uM of vorinostat for 24 hr. Beta-galactosidase activity was assessed, and real-time polymerase chain reaction and western blotting were performed to analyze the expression levels of transcripts and proteins related to cellular senescence. Beta-galactosidase activity was higher in aged dogs compared to young dogs in the control group, and was increased by vorinostat treatment. Expression of p21, p53 and p16 transcripts was higher in the aged than in the young group, and all transcripts were affected by vorinostat in both young and aged groups. Western blot results showed lower H3K9 acetylation in the aged dogs compared to the young dogs, and the acetylation was increased by vorinostat treatment in both groups. However, there was no significant difference between the transcript or protein alterations induced by vorinostat.
Kang, Ji-Young;Kim, Jin Joo;Jang, Seok Young;Bae, Young-Seuk
Molecules and Cells
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v.28
no.5
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pp.489-494
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2009
We have previously shown that the down-regulation of protein kinase CKII activity is tightly associated with cellular senescence of human fibroblast IMR-90 cells. Here, we examined the roles of p53 and $p21^{Cip1/WAF1}$ in senescence development induced by CKII inhibition using wild-type, isogenic p53-/- and isogenic p21-/- HCT116 human colon cancer cell lines. A senescent marker appeared after staining for senescence-associated ${\beta}$-galactosidase activity in wild-type HCT116 cells treated with CKII inhibitor or $CKII{\alpha}$ siRNA, but this response was almost abolished in p53- or $p21^{Cip1/WAF1}$-null cells. Increased cellular levels of p53 and $p21^{Cip1/WAF1}$ protein occurred with the inhibition of CKII. CKII inhibition upregulated p53 and $p21^{Cip1/WAF1}$ expression at post-transcriptional level and transcription level, respectively. RB phosphorylation significantly decreased in cells treated with CKII inhibitor. Taken together, this study shows that the activation of the $p53-p21^{Cip1/WAF1}$ pathway acts as a major mediator of cellular senescence induced by CKII inhibition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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