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.
Autophagy dysfunction is associated with human diseases and conditions including neurodegenerative diseases, metabolic issues, and chronic infections. Additionally, the decline in autophagic activity contributes to tissue and organ dysfunction and aging-related diseases. Several factors, such as down-regulation of autophagy components and activators, oxidative damage, microinflammation, and impaired autophagy flux, are linked to autophagy decline. An autophagy flux impairment (AFI) has been implicated in neurological disorders and in certain other pathological conditions. Here, to enhance our understanding of AFI, we conducted a comprehensive literature review of findings derived from two well-studied cellular stress models: glucose deprivation and replicative senescence. Glucose deprivation is a condition in which cells heavily rely on oxidative phosphorylation for ATP generation. Autophagy is activated, but its flux is hindered at the autolysis step, primarily due to an impairment of lysosomal acidity. Cells undergoing replicative senescence also experience AFI, which is also known to be caused by lysosomal acidity failure. Both glucose deprivation and replicative senescence elevate levels of reactive oxygen species (ROS), affecting lysosomal acidification. Mitochondrial alterations play a crucial role in elevating ROS generation and reducing lysosomal acidity, highlighting their association with autophagy dysfunction and disease conditions. This paper delves into the underlying molecular and cellular pathways of AFI in glucose-deprived cells, providing insights into potential strategies for managing AFI that is driven by lysosomal acidity failure. Furthermore, the investigation on the roles of mitochondrial dysfunction sheds light on the potential effectiveness of modulating mitochondrial function to overcome AFI, offering new possibilities for therapeutic interventions.
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.
Lim, Chae Jin;Lee, Yong-Moon;Kang, Seung Goo;Lim, Hyung W.;Shin, Kyong-Oh;Jeong, Se Kyoo;Huh, Yang Hoon;Choi, Suin;Kor, Myungho;Seo, Ho Seong;Park, Byeong Deog;Park, Keedon;Ahn, Jeong Keun;Uchida, Yoshikazu;Park, Kyungho
Biomolecules & Therapeutics
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v.25
no.5
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pp.511-518
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2017
Ultraviolet (UV) irradiation is a relevant environment factor to induce cellular senescence and photoaging. Both autophagy- and silent information regulator T1 (SIRT1)-dependent pathways are critical cellular processes of not only maintaining normal cellular functions, but also protecting cellular senescence in skin exposed to UV irradiation. In the present studies, we investigated whether modulation of autophagy induction using a novel synthetic SIRT1 activator, heptasodium hexacarboxymethyl dipeptide-12 (named as Aquatide), suppresses the UVB irradiation-induced skin aging. Treatment with Aquatide directly activates SIRT1 and stimulates autophagy induction in cultured human dermal fibroblasts. Next, we found that Aquatide-mediated activation of SIRT1 increases autophagy induction via deacetylation of forkhead box class O (FOXO) 1. Finally, UVB irradiation-induced cellular senescence measured by $SA-{\beta}-gal$ staining was significantly decreased in cells treated with Aquatide in parallel to occurring SIRT1 activation-dependent autophagy. Together, Aquatide modulates autophagy through SIRT1 activation, contributing to suppression of skin aging caused by UV irradiation.
Park, Seul-Ki;Seong, Rak-Kyun;Kim, Ji-Ae;Son, Seok-Jun;Kim, Younghoon;Yokozawa, Takako;Shin, Ok Sarah
Nutrition Research and Practice
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v.10
no.1
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pp.3-10
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2016
BACKGROUND/OBJECTIVES: Oligonol, mainly found in lychee fruit, is an antioxidant polyphenolic compound which has been shown to have anti-inflammatory and anti-cancer properties. The detailed mechanisms by which oligonol may act as an anti-aging molecule have not been determined. MATERIALS/METHODS: In this study, we evaluated the ability of oligonol to modulate sirtuin (SIRT) expression in human lung epithelial (A549) cells. Oligonol was added to A549 cells and reactive oxygen species production, mitochondrial superoxide formation, and p21 protein levels were measured. Signaling pathways activated upon oligonol treatment were also determined by western blotting. Furthermore, the anti-aging effect of oligonol was evaluated ex vivo in mouse splenocytes and in vivo in Caenorhabditis elegans. RESULTS: Oligonol specifically induced the expression of SIRT1, whose activity is linked to gene expression, metabolic control, and healthy aging. In response to influenza virus infection of A549 cells, oligonol treatment significantly up-regulated SIRT1 expression and down-regulated viral hemagglutinin expression. Oligonol treatment also resulted in the activation of autophagy pathways and the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK). Furthermore, oligonol-treated spleen lymphocytes from old mice showed increased cell proliferation, and mRNA levels of SIRT1 in the lungs of old mice were significantly lower than those in the lungs of young mice. Additionally, in vivo lethality assay revealed that oligonol extended the lifespan of C. elegans infected with lethal Vibrio cholerae. CONCLUSIONS: These data demonstrated that oligonol may act as an anti-aging molecule by modulating SIRT1/autophagy/AMPK pathways.
Successful anticancer strategies require a differential response between tumor and normal tissue (i.e., a therapeutic ratio). In fact, improving the effectiveness of a cancer therapeutic is of no clinical value in the absence of a significant increase in the differential response between tumor and normal tissue. Although radiation dose escalation with the use of intensity modulated radiation therapy has permitted the maximum tolerable dose for most locally advanced cancers, improvements in tumor control without damaging normal adjacent tissues are needed. As a means of increasing the therapeutic ratio, several new approaches are under development. Drugs targeting signal transduction pathways in cancer progression and more recently, immunotherapeutics targeting specific immune cell subsets have entered the clinic with promising early results. Radiobiological research is underway to address pressing questions as to the dose per fraction, irradiated tumor volume and time sequence of the drug administration. To exploit these exciting novel strategies, a better understanding is needed of the cellular and molecular pathways responsible for both cancer and normal tissue and organ response, including the role of radiation-induced accelerated senescence. This review will highlight the current understanding of promising biologically targeted therapies to enhance the radiation therapeutic ratio.
Carnation petals exhibit autocatalytic ethylene production and wilting during senescence. The autocatalytic ethylene production is induced by the expression of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) synthase and ACC oxidase genes, whereas the wilting of petals is related to expression of the cysteine proteinase (CP) gene. Until recently, it has been believed that these two phenomena, autocatalytic ethylene production and wilting, are regulated in concert in senescing carnation petals, since the two phenomena occurred closely in parallel. Our studies with petals of a transgenic carnation harboring a sense ACC oxidase transgene and petals of carnation flowers treated with 1,1-dimethyl-4-(phenylsulfonyl) semicarbazide showed that the expression of ACC synthase and ACC oxidase genes and that of CP are regulated differently in carnation psanetals. Interestingly, in the petals of transgenic carnation, the transcript for CP was accumulated but the transcripts for ACC synthase and ACC oxidase were not accumulated in response to exogenous ethylene. Based on these results, we hypothesized that two ethylene signaling pathways, one leading to the expression of ACC synthase and ACC oxidase genes and the other leading to the expression of CP gene, are functioning in senescing carnation petals.
Gradual attrition of telomere to a critical short length elicits successive cellular response of cellular senescence and crisis. Cancer cells evade this process by maintaining functional telomeres via one of two known mechanisms of telomere maintenance. The first and most frequent mechanism involves reactivation of enzyme activity of telomerase, a ribonucleoprotein complex mainly via transcriptional up-regulation of TERT, a catalytic subunit of telomerase complex. The second mechanism utilizes telomerase-independent way termed ALT (for Alternative Lengthening of Telomere), which possibly involves recombination pathways. Thus master key for cellular immortalization is supposed to possess adequate telomere reserves. Indeed, telomerase can alone induce the immortalization under culture on feeder cell layers without generally known inactivation mechanism of tumor suppressor genes. Including this phenomena, this review will focus on telomerase and telomere-associated proteins, thereby implication of these proteins for cellular immortalization processes.
MicroRNAs (miRNAs) can regulate the expression of genes that are involved in multiple cellular pathways. However, their targets and mechanism of action associated with the autophagy pathway are not fully investigated yet. EWSR1 (EWS RNA-Binding Protein 1/Ewing Sarcoma Break Point Region 1) gene encodes a RNA/DNA binding protein that is ubiquitously expressed and plays roles in numerous cellular processes. Recently, our group has shown that EWSR1 deficiency leads to developmental failure and accelerated senescence via processing of miRNAs, but its role in the regulation of autophagy remains elusive. In this context, we further investigated and found that EWSR1 deficiency triggers the activation of the DROSHA-mediated microprocessor complex and increases the levels of miR125a and miR351, which directly target Uvrag. Interestingly, the miR125a- and miR351-targeted reduction of Uvrag led to the inhibition of autophagy in both ewsr1 knockout (KO) MEFs and ewsr1 KO mice. In summary, our study demonstrates that EWSR1 is associated with the posttranscriptional regulation of Uvrag via miRNA processing. The regulation of autophagy pathway in miRNAs-Uvrag-dependent manner provides a novel mechanism of EWSR1 deficiency-related cellular dysfunction. [BMB Reports 2015; 48(7): 371-372]
The amino acids found in plants play important roles in protein biosynthesis, signaling processes, and stress responses, and as components in other biosynthesis pathways. Amino acid degradation helps maintain plant cells' energy states under certain carbon starvation conditions. Branched-chain amino acid transferases (BCATs) play an essential role in the metabolism of branched-chain amino acids (BCAAs) such as isoleucine, leucine and valine. In this paper, we performed genome-wide RNA-seq analysis using CsBCAT7-overexpressing Arabidopsis plants. We observed significant changes in genes related to flowering time and genes that are germination-responsive in transgenic plants. RNA-seq and RT-qPCR analyses revealed that the expression levels of some BCAA catabolic genes were upregulated in these same transgenic plants, and that this correlated with a delay in their senescence phenotype when the plants were placed in extended darkness conditions. These results suggest a connection between BCAT and the genes implicated in BCAA catabolism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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