Senkcja komórkowa i SASP

Wprowadzenie do senkcji komórkowej

Senkcja komórkowa to stabilny, prawie nieodwracalny stan zatrzymania cyklu komórkowego powstający w odpowiedzi na różnorodne naciski—aktywacja onkogenów, skrócenie telomerów, szkodliwość DNA, stres oksydacyjny, cytokiny zapalne, uszkodzenie tkanek, wykorzystanie replikacji i podpowiedzi rozwijające się. Senkcję pierwszy raz opisał Leonard Hayflick, który zauważył, że normale diploidy fibroblasty ludzkie w kulturze przestają dzielić się po 40-60 podwójeniach populacji (limit Hayflicca) bez śmierci—podstawowe odchylenie od poprzednio dominującego założenia, że komórki mogłyby dzielić się nieskończenie. Teraz zrozumiewamy, że senkcja powtarzalna wynika z skrócenia telomerów do krytycznej długości, co spowoduje sygnał trwałościowego odpowiedzi na szkodliwość DNA (DDR) w końcach chromosomów.

Senkcja jest paradoksalna: jest ona zapobiegająca rozrostowi potencjalnie onkogenowych komórek i korzystna dla rozwijania się (transkrewna senkcja rysuje tkaniny embrionalne poprzez sygnał parakryny i usuwanie immunomedyczne), ale w długiej perspektywie jest szkodliwa, gdy senkujące komórki zaczynają się akumulować w starościowym organizmie i nie są skutecznie usuwane przez system immunologiczny—przewodząc do zapalenia, fibrozji, uszkodzeniu nisch staminalnych i wielu chorób związanych z wiekiem. Ta dwukrotna natura—korzystna w krótkiej perspektywie, szkodliwa w długiej— wyjaśnia ewolucyjne wyborze za senkcję, podkreślając jednocześnie dlaczego akumulacja senkujących komórek w starościowym organizmie jest szkodliwa. Lekarstwowe antisenkuletanty usuwające akumulowane senkujące komórki są wprowadzane do klinicznych trialów dla wielu chorób związanych z wiekiem.

Indukcja senkcji komórkowej

Senkscja indukowana przez oncogene (OIS)

Senkscja indukowana przez oncogene (OIS) jest wywoływana przez RAS (HRASG12V), BRAF (BRAFV600E) i inne oksygeneizujące oncogene, które nadmierną stimulacją tworzą sygnały hiperproliferacyjne prowadzące do zatrzymania komórek, a nie do nieskończonego rozrostu. Manuel Serrano pokazał, że RAS-HRAS indukował przedwcześnie senkscję w normalnych fibroblastach ludzkich i myszowych oraz że zaburzenie ścieżki regulacji p53 lub p16INK4a/Rb jest wymagane dla przekształcenia oncogeneicznego zamiast zatrzymania. To ustanowiło OIS jako mechanizm zapobiegania raka w vivo. Bezpośrednie melanoscy nowotworowe (moły) są senkscjonowane kolonie melanoscy o białku BRAFV600E, które zatrzymały się—zostają bezpiecznymi objawami przez dekadę; wyrażenie p16INK4a jest uniwersalnie wysokie w komórkach nowotworu. Gdy dodatkowe mutacje dezaktywują p53 lub przeskakiwają Rb (aktywacja CDK4/6), komórki nowotworowe uciekają przed senkscję, stając się melanom.

Senkscja zależna od telomerów i rozrodczyjego senescencie

Telomery ludzkich komórek są powtarzami hexanucleotydowych TTAGGG (5-15 kb przy urodzeniu), dodawanymi przez telomerazę (TERT-TERC-DKC1 kompleks przetranskrypcji odwrotny)—wyrażana konstytucyjnie tylko w komórkach germinalnych, staminalnych i większości nowotworów, ale zastanawiana w większości komórek somatycznych. Podczas każdej podziału komórkowego erode 50-200 bp z końców telomerów (problem końcowego podwójnego replikowania—polymeraza DNA nie może skopiować nadmiaru telomerycznego 3' konca) prowadząc do stopniowej zmniejszania się po każdym podziale aż do krytycznie krótkich telomerów, które stracają organizację T-loop/G-quadruplex shelterina generując ciągły sygnał DDR (strata TRF2 z krótkich telomerów odsłania końce telomerów do recznikowego rozpoznawania przez ATM/ATR jako rurek dwuskokowej), co prowadzi do trwalego zatrzymania senkscjonującego osi p53-p21 i p16-Rb. Długość telomerów różni się w zależności od typu komórki, historii rozrodczej tkaniny i czynników genetycznych—genetyczne zmiany długości telomerów w linii germinalnej są powiązane z ryzykiem nowotworu, chorobami związanych z wiekiem i długością życia.

Senkcja komórkowa i fenotyp sekretory spowodowany senkcją

Skład i regulacja SASP

SASP (senkcja komórkowa i fenotyp sekretory spowodowany senkcją) obejmuje setki sekretowanych czynników, w tym: pro-inflamatorne cytokiny (IL-6 – dominująca cytokina SASP, IL-8, IL-1alpha/beta); chemokiny (CXCL1/2/5/8/10, CCL2/8/20) przyciągające komórki immunologiczne; metalioproteinazy matrix (MMP1/3/9/10/13) remodlujące ECM i przetwarzające czynniki wzrostu i cytokiny; czynniki wzrostu (VEGF, HGF, FGF2, EGF) potencjalnie promujące wzrost raka; oraz RNA niewyrażalne w tym miR-21 i circRNA zawarte w exosomach. SASP jest regulowany przez NF-kappaB (p65, aktywowany poprzez sygnałizację DDR-mediated PARP/IKK), C/EBP-beta, cGAS-STING (cytoplazmatyczne odczytywanie DNA chromatinowych z brzegów nukleusa podczas senkcji) oraz ścieżką PI3K-mTOR (która reguluje przetwarzanie genów SASP). p38 MAPK i inflammasome NLRP3 intensyfikują SASP w późnej fazie senkcji.

Senolaktyki i senomorfetyki

Senolaktyki wyborczo eliminują komórki senescentne, zrzucając na ścieżki ochrony przed zabójstwem (SCAPs—senescent cell anti-apoptotic pathways), na które komórki senescentne są unikatowo zależne dla swojej utrzymywania się. W 2015 roku zidentyfikowano kombinację dasatinib (blokator BCR-ABL/Src) + kwercetyn (flavonoid blokator PI3K/MDM2/Bcl-xL), która była pierwszą formacją senolaktyczną—czasowa administracja D+Q co kilka tygodni zmniejszyła obciążenie komórek senescentnych u myszy starzejących się, poprawiając funkcję fizyczną, zdrowie kardioarteryjne i długość życia. Navitoclax (ABT-263, inhibitor BCL-2/BCL-xL/BCL-w) jest mocnym senolaktykiem, ale spowoduje trombocytopenię ze względu na zależność plaktofy od BCL-XL, co ogranicza dawki kliniczne. UBX0101 (inhibitor MDM2), fisetyn i piperlongumyn są dodatkowymi kandydatami senolaktami. Senomorfetyki—leki zrzucające SASP bez zabijania komórek senescentnych (inhibitory JAK, inhibitory NF-kappaB, inhibitory mTOR)—zabiegają przeciwko zapalnemu działaniu SASP bez usuwania samych komórek senescentnych.

Przykłady i zastosowania

Przykład 1: p16INK4a jako biomarkera senkcji komórkowej

p16INK4a (produkt genu CDKN2A) jest najbardziej szeroko stosowanym biomarkierem senkcji komórkowej—jej wyrażenie wynosi prawie zero w młodych tissurach, akumuluje się z upływem czasu i jest wzrośnieć w senkcjonalnych komórkach wszystkich typów. p16INK4a hamuje CDK4/6, zapobiegając fosforylacji Rb i blokując wejście do faz S przez E2F. Linia transgeniczna myszy wyrażająca luciferasę pod promotorem p16INK4a pozwoliła na obserwację akumulacji senkcjonalnych komórek z upływem czasu—grupy komórek pojawiają się w depotach tłuszczowych, okolicznych adiposie periepididymalnej i lądniczkach latem przed wpłytem na inne tissury. mRNA p16 w T-celach obronnych krwi perifericznej pomiar z PCR wzrasta z upływem czasu chronologicznego i z przyspieszonym starzeniem fizjologicznym (infekcja HIV, otyłość, smoking), służy jako surrogat wieku biologicznego w badaniach klinicznych grup. W biopsjach skóry ludzkich liczba komórek p16-zywych wzrasta z ekspozycji do UV, smokingu i upływem czasu chronologicznego.

Przykład 2: Senkcja w rozwoju embrionalnym

Senkcja przejściowa odgrywa kluczowe role w remodylezacji tissur embronalnych—w przeciwieństwie do senkcji chorobowej, która jest chronologicznie stała. Senkcjonalne komórki są obserwowane w saczkach endolymphatycznych, mesonefrosie, brzegu apikalnym skórzastka (AER) i granicach intersomitycznych podczas okresów okna w rozwoju embrionalnym myszy—ich uszkodzenie przez deletję p21 lub nadwyrażoną wyrażoną BCL-2 (blokując senolizację) powoduje anomalie rozwojowe, potwierdzające ich niezmiernie ważną funkcję. Senkcjonalne komórki w AER są usuwane przez infiltrację macrofagów podczas typowego okresu regresji AER; zasłaniaenie przez macrofagi powoduje utrzymanie AER i rozwińcianie się skórzastka między palcami—podobne do anomalii rozwojowych widocznych w niektórych przypadkach sindaktyli. Rozumienie mechanizmów senkcji rozwojowej w porównaniu z senkcją chorobową może pozwolić na wyodrębnienie korzystnych od niekorzystnych populacji komórek senkcjonalnych do celowego usuwania.

Przykład 3: Senkcja w uleczeniu ran

Senkcja przejściowa jest korzystna w uleczeniu ran: senkcjonalne, tymczasowo zatrzymane fibroblasty i miotrybofity w ranach wydzielają PDGF-AA, wspierając różnicowanie się miotrybofytów i kontrakcję ran; są następnie usuwane przez komórki immunologiczne podczas rozwiązywania ran. Uszkodzenie ablationu senkcjonalnych komórek w myszkach z uleczeniem ran za pomocą aportacji Pdgfa-senkcjonalnych-reporterów komórkowych powoduje utrudnienie zamknięcia ran, bezpośrednio pokazując korzystną funkcję przejściowej senkcji w uleczeniu ran. Jednak w uleczeniach diabetycznych chronicznych, senkcjonalne komórki zapalne pozostają nieuszkodzone—nie są usuwane przez zasłaniaenie funkcji macrofagów—co przyczynia się do zapalenia ran i utrudnienia uleczenia. Wybórowy eliminacji senkcjonalnych komórek chronicznych w lecieach ran diabetycznych za pomocą lokalnych form ABT-262 lub navitoclaxu pokazał przyspieszone zamknięcie ran w modelach myszkowych. Te dane wyjaśniają, dlaczego przejściowa korzystna senkcja i chroniczna senkcja chorobowa reprezentują różne cele wymagające celowego interwencji czasowej.

Przykład 4: Senkcja i IPF

Idiopatyczne fibrosis płuca (IPF) pokazuje wysokie obciążenie senkcjonalnych komórek, zwłaszcza w komórkach typu II alveolarnych (ATII) i fibroblastach. Zkracanie telomerów ATII (zakłócone przez mutacje telomerazy w rodzinnej IPF i zasłaniałe z upływem czasu chronologicznego w przypadkach przypadkowych) powoduje senkcję reproductywną, hamując regenerację alveolarną i prowadząc do maladaptacyjnego aktywowania SASP (VEGF, IL-6, IL-8, MMPs, EGF), co może promować wzrost komórek rakowych, które uciekły senkcji—potencjalnie przyspieszając powrót. Inhibitory CDK4/6 (używane klinicznie w raka piersi ER+) zasłaniają senkcję w komórkach rakowych piersiowych, hamując SASP poprzez translację genów SASP zależną od CDK4/6. Seryjna terapia senolityczna stosowana po standardowej chemioterapii może usunąć senkcjonalne komórki raka przed ich SASP, które mogą prowadzić do powrotu—a strategia

,

Spróbuj to na żywo

Wszystko powyżej działa w Twoim przegladarce — otwórz Symulator Senkcji Komórkowej i SASP i zmieniaj parametry podczas jego działania. Nie ma nic do zainstalowania, nie jest wysyłany żaden plik, całe modelowanie mieści się w jednym oknie.

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Cell Senescence & SASP Simulator i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.