Cellular senescence is a physiological process of irreversible cell-cycle arrest that contributes to various physiological and pathological processes of aging. Whereas replicative senescence is associated with telomere attrition after repeated cell division, stress-induced premature senescence occurs in response to aberrant oncogenic signaling, oxidative stress, and DNA damage which is independent of telomere dysfunction. Recent evidence indicates that cellular senescence provides a barrier to tumorigenesis and is a determinant of the outcome of cancer treatment. However, the senescence-associated secretory phenotype, which contributes to multiple facets of senescent cancer cells, may influence both cancer-inhibitory and cancer-promoting mechanisms of neighboring cells. Conventional treatments, such as chemo- and radiotherapies, preferentially induce premature senescence instead of apoptosis in the appropriate cellular context. In addition, treatment-induced premature senescence could compensate for resistance to apoptosis via alternative signaling pathways. Therefore, we believe that an intensive effort to understand cancer cell senescence could facilitate the development of novel therapeutic strategies for improving the efficacy of anticancer therapies. This review summarizes the current understanding of molecular mechanisms, functions, and clinical applications of cellular senescence for anticancer therapy.
Park, Sera;Bak, Kwang Je;Ok, Chang Youp;Park, Hyun-Joo;Jang, Hye-Ock;Bae, Moon-Kyoung;Bae, Soo-Kyung
International Journal of Oral Biology
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v.42
no.3
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pp.91-97
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2017
Although anti-aging activities of melatonin, a hormone secreted by the pineal gland, have been reported in senescence-accelerated mouse models and several types of cells, its impact and mechanism on the senescence of human dental pulp cells (HDPCs) remains unknown. In this study, we examined the impact of melatonin on cellular premature senescence of HDPCs. Here, we found that melatonin markedly inhibited senescent characteristics of HDPCs after exposure to hydrogen peroxide ($H_2O_2$), including the increase in senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal)-positive HDPCs and the upregulation of p21 protein, an indicator for senescence. In addition, as melatonin attenuated $H_2O_2$-stimulated phosphorylation of c-Jun N-terminal kinase (JNK), while selective inhibition of JNK activity with SP600125 significantly attenuated $H_2O_2$-induced increase in SA-beta-gal activity. Results reveal that melatonin antagonizes premature senescence of HDPCs via JNK pathway. Thus, melatonin may have therapeutic potential to prevent stress-induced premature senescence, possibly correlated with development of dental pulp diseases, and to maintain oral health across the life span.
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.
Seo, Hyun-Joo;Park, Hye-Jeong;Choi, Hyung-Su;Hwang, So-Yoon;Park, Jeong-Soo;Seong, Yeon-Sun
BMB Reports
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v.41
no.7
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pp.523-528
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2008
BMI-1026 is a synthetic aminopyrimidine compound that targets cyclin dependent kinases (cdks) and was initially designed as a potential anticancer drug. Even though it has been well documented that BMI-1026 is a potent cdk inhibitor, little is known about the cellular effects of this compound. In this study, we examined the effects of BMI-1026 treatment on inducing premature senescence and then evaluated the biochemical features of BMI-1026-induced premature senescence. From these experiments we determined that BMI-1026 treatment produced several biochemical features of premature senescence and also stimulated expression of mitogen activated protein kinase (MAPK) family proteins. BMI-1026 treatment caused nuclear translocation of activated Erk1/2 and the formation of senescence associated heterochromatin foci in 5 days. The heterochromatin foci formation was perturbed by inhibition of Erk1/2 activation.
Cellular senescence, a permanent state of cell cycle arrest, is believed to have originally evolved to limit the proliferation of old or damaged cells. However, it has been recently shown that cellular senescence is a physiological and pathological program contributing to embryogenesis, immune response, and wound repair, as well as aging and age-related diseases. Unlike replicative senescence associated with telomere attrition, premature senescence rapidly occurs in response to various intrinsic and extrinsic insults. Thus, cellular senescence has also been considered suppressive mechanism of tumorigenesis. Current studies have revealed that therapy-induced senescence (TIS), a type of senescence caused by traditional cancer therapy, could play a critical role in cancer treatment. In this review, we outline the key features and the molecular pathways of cellular senescence. Better understanding of cellular senescence will provide insights into the development of powerful strategies to control cellular senescence for therapeutic benefit. Lastly, we discuss existing strategies for the induction of cancer cell senescence to improve efficacy of anticancer therapy.
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.
Kyoung B. Yoon;Kyeong R. Park;Soo Y. Kim;Sun-Young Han
IMMUNE NETWORK
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v.16
no.3
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pp.183-188
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2016
Sirtuin family members with lysine deacetylase activity are known to play an important role in anti-aging and longevity. Cellular senescence is one of the hallmarks of aging, and downregulation of sirtuin is reported to induce premature senescence. In this study, we investigated the effects of small-molecule sirtuin inhibitors on cellular senescence. Various small molecules such as tenovin-1 and EX527 were employed for direct sirtuin activity inhibition. U251, SNB-75, and U87MG glioblastoma cells treated with sirtuin inhibitors exhibited phenotypes with nuclear enlargement. Furthermore, treatment of rat primary astrocytes with tenovin-1 also increased the size of the nucleus. The activity of senescence-associated β-galactosidase, a marker of cellular senescence, was induced by tenovin-1 and EX527 treatment in U87MG glioblastoma cells. Consistent with the senescent phenotype, treatment with tenovin-1 increased p53 expression in U87MG cells. This study demonstrated the senescence-inducing effect of sirtuin inhibitors, which are potentially useful tools for senescence research.
Kang, Eun Sil;Kim, Hyo Juong;Han, Sung Gu;Seo, Han Geuk
Food Science of Animal Resources
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v.40
no.1
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pp.106-117
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2020
Cellular senescence is associated with age-related vascular disorders and has been implicated in vascular dysfunctions. Here, we show that duck oil-loaded nanoemulsion (DO-NE) attenuates premature senescence of vascular smooth muscle cells (VSMCs) triggered by angiotensin II (Ang II). Compared with control nanoemulsion (NE), DO-NE significantly inhibited the activity of senescence-associated β-galactosidase, which is a biomarker of cellular senescence, in Ang II-treated VSMCs. SIRT1 protein expression was dose- and time-dependently induced in VSMCs exposed to DO-NE, but not in those exposed to NE, and SIRT1 promoter activity was also elevated. Consistently, DO-NE also dose-dependently rescued Ang II-induced repression of SIRT1 expression, indicating that SIRT1 is linked to the anti-senescence action of DO-NE in VSMCs treated with Ang II. Furthermore, the SIRT1 agonist resveratrol potentiated the effects of DO-NE on VSMCs exposed to Ang II, whereas the SIRT1 inhibitor sirtinol elicited the opposite effect. These findings indicate that DO-NE inhibits senescence by upregulating SIRT1 and thereby impedes vascular aging triggered by Ang II.
We have previously shown that microRNAs (miRNAs) miR-760, miR-186, miR-337-3p, and miR-216b stimulate premature senescence through protein kinase CK2 (CK2) downregulation in human colon cancer cells. Here, we examined whether these four miRNAs are involved in the replicative senescence of human lung fibroblast IMR-90 cells. miR-760 and miR-186 were significantly upregulated in replicatively senescent IMR-90 cells, and their joint action with both miR-337-3p and miR-216b was necessary for efficient downregulation of the ${\alpha}$ subunit of CK2 ($CK2{\alpha}$) in IMR-90 cells. A mutation in any of the four miRNA-binding sequences within the $CK2{\alpha}3^{\prime}$-untranslated region (UTR) indicated that all four miRNAs should simultaneously bind to the target sites for $CK2{\alpha}$ downregulation. The four miRNAs increased senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) staining, p53 and $p21^{Cip1/WAF1}$ expression, and reactive oxygen species (ROS) production in proliferating IMR-90 cells. $CK2{\alpha}$ overexpression almost abolished this event. Taken together, the present results suggest that the upregulation of miR-760 and miR-186 is associated with replicative senescence in human lung fibroblast cells, and their cooperative action with miR-337-3p and miR-216b may induce replicative senescence through $CK2{\alpha}$ downregulation-dependent ROS generation.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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