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.
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.
We have previously reported that NS-398, a cyclooxygenase-2 (COX-2)-selective inhibitor, inhibited replicative cellular senescence in human dermal fibroblasts and skin aging in hairless mice. In contrast, celecoxib, another COX-2-selective inhibitor, and aspirin, a non-selective COX inhibitor, accelerated the senescence and aging. To figure out causal factors for the senescence-modulating effect of the inhibitors, we here performed cDNA microarray experiment and subsequent Gene Set Enrichment Analysis. The data showed that several senescence-related gene sets were regulated by the inhibitor treatment. NS-398 up-regulated gene sets involved in the tumor necrosis factor ${\beta}$ receptor pathway and the fructose and mannose metabolism, whereas it down-regulated a gene set involved in protein secretion. Celecoxib up-regulated gene sets involved in G2M checkpoint and E2F targets. Aspirin up-regulated the gene set involved in protein secretion, and down-regulated gene sets involved in RNA transcription. These results suggest that COX inhibitors modulate cellular senescence by different mechanisms and will provide useful information to understand senescence-modulating mechanisms of COX inhibitors.
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.
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.
Plastic products have long been widely used in both industrial and household applications. However, tiny plastic particles derived from plastic products, such as microplastics (MPs) and nanoplastics (NPs), can infiltrate the human body through inhalation, ingestion, or skin contact. Once inside cells via endocytosis, MPs and NPs (MNPs) can trigger autophagy, but lysosomal dysfunction can block autophagic flux. Accumulating in the cytoplasm, these particles induce cellular stress, including oxidative stress from free radicals, mitochondrial dysfunction, and increased inflammatory response. Meanwhile, cellular senescence is a hallmark of aging and is defined as the stable termination of the cell cycle in response to cell damage and stress. In particular, the accumulation of oxidative stress, a key factor in inducing cellular senescence, induces the expression of major senescence markers. Senescent cells increase the secretion of senescence-associated secretory phenotype, including inflammatory cytokines and chemokines. Despite growing interest in how MNPs induce cellular senescence, there remains a gap regarding their onset and therapeutic targets. Therefore, this review focuses on identifying recent research trends on how MNPs induce cellular aging in key human cell types and proposes future research directions to overcome these challenges.
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.
Background: Resin-based dental materials release residual monomers or other substances from incomplete polymerization into the oral cavity, thereby causing adverse biological effects on oral tissue. 10-Methacryloyloxydecyl dihydrogen phosphate (10-MDP), an acidic monomer containing dihydrogen phosphate and methacrylate groups, is the most commonly used component of resin-based dental materials, such as restorative composite resins, dentin adhesives, and resin cements. Although previous studies have reported the cytotoxicity and biocompatibility in various cultured cells, the effects of resin monomers on cellular aging have not been reported to date. Therefore, this study aimed to investigate the effects of the resin monomer 10-MDP on cellular senescence and inflamm-aging in vitro. Methods: After stimulation with 10-MDP, MC3T3-E1 osteoblast-like cells were examined for cell viability by WST-8 assay and reactive oxygen species (ROS) production by flow cytometry. The protein and mRNA levels of molecular markers of aging were determined by western blotting and RT-PCR analysis, respectively. Results: Treatment with 0.05 to 1 mM 10-MDP for 24 hours reduced the survival of MC3T3-E1 cells in a concentration-dependent manner. The intracellular ROS levels in the 10-MDP-treated experimental group were significantly higher than those in the control group. 10-MDP at a concentration of 0.1 mM increased p53, p16, and p21 protein levels. Additionally, an aging pattern was observed with blue staining due to intracellular senescence-associated beta-galactosidase activity. Treatment with 10-MDP increased the levels of tumor necrosis factor-α, interleukin (IL)-1β, IL-6 and IL-8, however their expression was decreased by mitogen-activated-protein-kinase (MAPK) inhibitors. Conclusion: Taken together, these results suggest that the exposure of osteoblast-like cells to the dental resin monomer 10-MDP, increases the level of cellular senescence and the inflammatory response is mediated by the MAPK pathway.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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