In this study, we investigate whether arsenite-induced DNA damage leads to p53-dependent premature senescence using human glioblastoma cells with p53-wild type (U87MG-neo) and p53 deficient (U87MG-E6). A dose dependent relationship between arsenite and reduced cell growth is demonstrated, as well as induced ${\gamma}H2AX$ foci formation in both U87MG-neo and U87MG-E6 cells at low concentrations of arsenite. Senescence was induced by arsenite with senescence-associated ${\beta}$-galactosidase staining. Dimethyl- and trimethyl-lysine 9 of histone H3 (H3DMK9 and H3TMK9) foci formation was accompanied by p21 accumulation only in U87MG-neo but not in U87MG-E6 cells. This suggests that arsenite induces premature senescence as a result of DNA damage with heterochromatin forming through a p53/p21 dependent pathway. p21 and p53 siRNA consistently decreased H3TMK9 foci formation in U87M G-neo but not in U87MG-E6 cells after arsenite treatment. Taken together, arsenite reduces cell growth independently of p53 and induces premature senescence via p53/p21-dependent pathway following DNA damage.
Park, Young-Ho;Kim, Hyun-Sun;Lee, Jong-Hee;Cho, Seon-A;Kim, Jin-Man;Oh, Goo Taeg;Kang, Sang Won;Kim, Sun-Uk;Yu, Dae-Yeul
BMB Reports
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제50권10호
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pp.528-533
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2017
Peroxiredoxin I (Prx I) plays an important role as a reactive oxygen species (ROS) scavenger in protecting and maintaining cellular homeostasis; however, the underlying mechanisms are not well understood. Here, we identified a critical role of Prx I in protecting cells against ROS-mediated cellular senescence by suppression of $p16^{INK4a}$ expression. Compared to wild-type mouse embryonic fibroblasts (WT-MEFs), Prx $I^{-/-}$ MEFs exhibited senescence-associated phenotypes. Moreover, the aged Prx $I^{-/-}$ mice showed an increased number of cells with senescence associated-${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) activity in a variety of tissues. Increased ROS levels and SA-${\beta}$-gal activity, and reduction of chemical antioxidant in Prx $I^{-/-}$ MEF further supported an essential role of Prx I peroxidase activity in cellular senescence that is mediated by oxidative stress. The up-regulation of $p16^{INK4a}$ expression in Prx $I^{-/-}$ and suppression by overexpression of Prx I indicate that Prx I possibly modulate cellular senescence through $ROS/p16^{INK4a}$ pathway.
Kim, Min Kyung;Lee, Wooseong;Yoon, Gang-Ho;Chang, Eun-Ju;Choi, Sun-Cheol;Kim, Seong Who
BMB Reports
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제52권3호
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pp.220-225
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2019
We have identified a mechanism to diminish the proliferative capacity of cells during cell expansion using human adipose-derived stromal cells (hAD-SCs) as a model of replicative senescence. hAD-SCs of high-passage numbers exhibited a reduced proliferative capacity with accelerated cellular senescence. Levels of key bioactive sphingolipids were significantly increased in these senescent hAD-SCs. Notably, the transcription of sphingosine kinase 1 (SPHK1) was down-regulated in hAD-SCs at high-passage numbers. SPHK1 knockdown as well as inhibition of its enzymatic activity impeded the proliferation of hAD-SCs, with concomitant induction of cellular senescence and accumulation of sphingolipids, as seen in high-passage cells. SPHK1 knockdown-accelerated cellular senescence was attenuated by co-treatment with sphingosine-1-phosphate and an inhibitor of ceramide synthesis, fumonisin $B_1$, but not by treatment with either one alone. Together, these results suggest that transcriptional down-regulation of SPHK1 is a critical inducer of altered sphingolipid profiles and enhances replicative senescence during multiple rounds of cell division.
Embryonic stem cell-preconditioned microenvironment is important for cancer cells properitities by change cell morphology and proliferation. This microenvironment induces cancer cell reprogramming and results in a change in cancer cell properties such as differentiation and migration. The cancer microenvironment affects cancer cell proliferation and growth. However, the mechanism has not been clarified yet. Using the ES-preconditioned 3-D microenvironment model, we provide evidence showing that the ES microenvironment inhibits proliferation and reduces oncogenic gene expression. But ES microenvironment has no effect on telomerase activity, cell viability, cellular senescence, and methylation on Oct4 promoter region. Furthermore, methylation of Nanog was increase on ES-preconditioned microenvironment and supports results that no difference on RNA expression levels. Taken together, these results demonstrated that in the ES-preconditioned 3-D microenvironment is a crucial role for cancer cell proliferation not senescence.
Dihydroartemisinin (DHA) has been reported to possess anti-cancer activity against many cancers. However, the pharmacologic effect of DHA on HBV-positive hepatocellular carcinoma (HCC) remains unknown. Thus, the objective of the present study was to determine whether DHA could inhibit the proliferation of HepG2.2.15 cells and uncover the underlying mechanisms involved in the effect of DHA on HepG2.2.15 cells. We found that DHA effectively inhibited HepG2.2.15 HCC cell proliferation both in vivo and in vitro. DHA also reduced the migration and tumorigenicity capacity of HepG2.2.15 cells. Regarding the underlying mechanisms, results showed that DHA induced cellular senescence by up-regulating expression levels of proteins such as p-ATM, p-ATR, ${\gamma}-H_2AX$, P53, and P21 involved in DNA damage response. DHA also induced autophagy (green LC3 puncta gathered together and LC3II/LC3I ratio increased through AKT-mTOR pathway suppression). Results also revealed that DHA-induced autophagy was not linked to senescence or cell death. TPP1 (telomere shelterin) overexpression could not rescue DHA-induced anticancer activity (cell proliferation). Moreover, DHA down-regulated TPP1 expression. Gene knockdown of TPP1 caused similar phenotypes and mechanisms as DHA induced phenotypes and mechanisms in HepG2.2.15 cells. These results demonstrate that DHA might inhibit HepG2.2.15 cells proliferation through inducing cellular senescence and autophagy.
Background: The replicative senescence of human dermal fibroblasts (HDFs) is accompanied by growth arrest. In our previous study, the treatment of senescent HDFs with Rg3(S) lowered the intrinsic reactive oxygen species (ROS) levels and reversed cellular senescence by inducing peroxiredoxin-3, an antioxidant enzyme. However, the signaling pathways involved in Rg3(S)-induced senescence reversal in HDFs and the relatedness of the stereoisomer Rg3(R) in corresponding signaling pathways are not known yet. Methods: We performed senescence-associated β-galactosidase and cell cycle assays in Rg3(S)-treated senescent HDFs. The levels of ROS, adenosine triphosphate (ATP), and cyclic adenosine monophosphate (cAMP) as well as the mitochondrial DNA copy number, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)+/1,4-dihydronicotinamide adenine dinucleotide (NADH) ratio, and NAD-dependent sirtuins expression were measured and compared among young, old, and Rg3(S)-pretreated old HDFs. Major signaling pathways of phosphatidylinositol 3-kinase/Akt, 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK), and sirtuin 1/3, including cell cycle regulatory proteins, were examined by immunoblot analysis. Results: Ginsenoside Rg3(S) reversed the replicative senescence of HDFs by restoring the ATP level and NAD+/NADH ratio in downregulated senescent HDFs. Rg3(S) recovered directly the cellular levels of ROS and the NAD+/NADH ratio in young HDFs inactivated by rotenone. Rg3(S) mainly downregulated phosphatidylinositol 3-kinase/Akt through the inhibition of mTOR by cell cycle regulators like p53/p21 in senescent HDFs, whereas Rg3(R) did not alter the corresponding signaling pathways. Rg3(S)-activated sirtuin 3/PGC1α to stimulate mitochondrial biogenesis. Conclusion: Cellular molecular analysis suggests that Rg3(S) specifically reverses the replicative senescence of HDFs by modulating Akt-mTOR-sirtuin signaling to promote the biogenesis of mitochondria.
Kang, Ji-Young;Kim, Jin Joo;Jang, Seok Young;Bae, Young-Seuk
Molecules and Cells
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제28권5호
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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.
The role of Ca2+ on benzyladenine (BA)-induced senescence retardation in mature wheat (Triticum aestivum L.) primary leaves was investigated. When an extracellular calcium chelator, ethylene glycol-bis-($\beta$-aminoethylether)-N, N'-tetraacetic acid (EGTA) together with BA, was applied to senescing leaves for 4 days of dark incubation, the content of chlorophyll and soluble protein decreased rapidly. And, the content of malondialdehyde (MDA), known to be a degradation product of membrane lipids, increased compared with the BA alone control. The BA-EGTA combination also caused the stimulation of protease and RNase activity and a rapid loss of catalase activity owing to the decling of BA effects. In the case of treatment with only intracellular calcium antagonist 3, 4, 5-trimethoxybenzoic acid 8-(diethylamino) octyl ester (TMB-8) without the BA addition, the chlorophyll content at day 4 after dark incubation decreased in paralled with the increasing concentration of the antagonist. In addition, the chlorophyll content at 10-5 M calcium ionophore A23187 treatment in the absence of BA was similar to that of the BA alone treatment. These results suggest that calcium may mediate the retardation effect of BA on leaf senescence by acting as a second messenger and that the calcium input from cell organelles, as well as the calcium inflow from intercellular spaces and cell walls, may be involved in modulating cytosolic calcium levels related to BA action.
ARF is a tumor suppressor protein that has a pivotal role in the prevention of cancer development through regulating cell proliferation, senescence, and apoptosis. As a factor that induces senescence, the role of ARF as a tumor suppressor is closely linked to the p53-MDM2 axis, which is a key process that restrains tumor formation. Thus, many cancer cells either lack a functional ARF or p53, which enables them to evade cell oncogenic stress-mediated cycle arrest, senescence, or apoptosis. In particular, the ARF gene is a frequent target of genetic and epigenetic alterations including promoter hyper-methylation or gene deletion. However, as many cancer cells still express ARF, pathways that negatively modulate transcriptional or post-translational regulation of ARF could be potentially important means for cancer cells to induce cellular proliferation. These recent findings of regulators affecting ARF protein stability along with its low levels in numerous human cancers indicate the significance of an ARF post-translational mechanism in cancers. Novel findings of regulators stimulating or suppressing ARF function would provide new therapeutic targets to manage cancer- and senescence-related diseases. In this review, we present the current knowledge on the regulation and alterations of ARF expression in human cancers, and indicate the importance of regulators of ARF as a prognostic marker and in potential therapeutic strategies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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