Characterising vascular senescence in stem cell niches

Abstract

[EN] There are bad habits such as smoking, alcohol drinking and a sedentary lifestyle, amongst other factorsthat will most surely lead to illness. However, aging represents the greatest risk factor involving human disease and death. This is explained mainly by the fact that aging drives a progressive decline in the function of cells in tissues and impairs the potential of stem cells to maintain tissue renewal. Consequently, this process leads to the development of age-related pathologies, whichimpose a high strain on health systems and the world’s economy. Therefore, extending life span, but especially healthylongevity, is one of the main research challenges.Although the Hayflick limit demonstrates that mammalian cells have a limited capacityfor cell division, there are other age-related stimuli that induce cell-cycle arrest. These non-dividing cells are nowadays known as senescent cells.Cell senescence is a state of permanent arrest of the cell cycle that cells undergo after certain number of divisions or external stresses. It constitutes an alternative route to apoptosis to prevent further cellular damage.Senescent cells are characterized by morphological, metabolic and chromatin alterations. Particularly, these cells have an active secretory function, termed senescence-associated secretory phenotype (SASP).This SASP is consistent of a mix of mainly pro-inflammatory factors which alters neighbouring cells behaviour and can induce senescence in adjacent cells via paracrine manner. These cells have been described to accumulate with age, causing a reduction in tissue function that leads to the development of age-associated diseases, including neurodegenerative disorders. Therefore, senescence has emerged as an important mechanism of aging thatcontributes to age-related chronic inflammation and organ dysfunction.In the adult mammalian brain, the subventricular zone (SVZ), lining the wall of the lateral ventricle, represents the major reservoir of neural stem cells (NSCs) and continually generates new neurons. However, aging drives a progressive decline in NSCs proliferation and in their neurogenic potential. The Molecular Neurobiology Lab in Universitat de València (UV), is focused in studying the pathways involved in neurogenesis regulation within this brain area. Vasculature has an important role in sustaining the neurogenic niche by providing several signalsand factors that influence NSCs behaviour. Indeed, vascular niche changes associated with age could account, at least in part, for the reduced neurogenic function. Therefore, amongst other projects, the possible relationship between a vascular senescence process and the age-related loss of neurogenic activity, is being researched.More specifically, my project focuses on characterising senescence in endothelial cells which form the linings of the blood vessels. To address this goal, an in vitro model of endothelial cell senescence has been developed and assessed by using the current tools available, such as immunohistochemistry for reportedsenescent markers and traditional staining techniques for the detection of senescence associated β-galactosidase activity (SA-β-gal), combined with novel ones such as innovative molecular probes based on fluorescence. This will enable us to characterise senescence efficiently in endothelial cells within the SVZ. Therefore, this approach IIcan set the bases to a comprehensive understanding of vascular senescence and its influence in age-related brain functional decline and neurodegenerative diseases

[ES] Existen malos hábitos como el tabaco, el alcohol o el sedentarismo, factores que seguramente conducirán a una enfermedad. Sin embargo, el envejecimiento representa el mayor factor de riesgo de enfermedad y muerte en el ser humano. Esto se explica principalmente por el hecho de que el envejecimiento conduce a una progresiva disminución de las funciones celulares en los tejidos, y perjudica el potencial de las células madre para mantener la renovación de estos. Por consiguiente, este proceso conduce al desarrollo de patologías relacionadas con la edad, que imponen una gran presión a los sistemas de salud y a la economía mundial. Por lo tanto, la prolongación de la vida, pero sobre todo la longevidad saludable, son los principales retos de la investigación. Aunque el límite de Hayflick demuestra que las células eucariotas tienen una capacidad limitada para la división celular, existen otros estímulos relacionados con la edad que inducen a la detención del ciclo celular. Estas células que no se dividen se conocen hoy en día como células senescentes. La senescencia celular es un estado irreversible de detención del ciclo celular que las células sufren después de cierto número de divisiones o estímulos negativos externos. Constituye una ruta alternativa a la apoptosis previniendo un daño celular prolongado. Las células senescentes se caracterizan por alteraciones morfológicas, metabólicas y de cromatina. En particular, estas células tienen una función secretoria activa, denominada fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP). Este SASP está constituido principalmente por factores pro-inflamatorios que alteran el comportamiento de las células vecinas y pueden inducir la senescencia en las células adyacentes por vía paracrina. Se ha descrito que estas células se acumulan con la edad, causando una reducción de la función de los tejidos que lleva al desarrollo de enfermedades asociadas a la edad, incluidos los trastornos neurodegenerativos. Por lo tanto, la senescencia ha surgido como un importante mecanismo de envejecimiento que contribuye a la inflamación crónica relacionada con la edad y a la disfunción de los órganos. En el cerebro de un mamífero adulto, la zona subependimaria (SVZ), que recubre la pared del ventrículo lateral, representa el principal reservorio de células madre neurales (NSC) y genera continuamente nuevas neuronas. Sin embargo, el envejecimiento provoca un descenso progresivo en la proliferación de NSC y en su potencial neurogénico. El Laboratorio de Neurobiología Molecular de la Universitat de València (UV), se centra en el estudio de las vías implicadas en la regulación de la neurogénesis dentro de esta área del cerebro. La vasculatura tiene un papel importante en el sostenimiento del nicho neurogénico al proporcionar varias señales y factores que influyen en el comportamiento de las NSC. De hecho, los cambios en el nicho vascular asociados a la edad podrían explicar, al menos en parte, la reducción de la función neurogénica. Por lo tanto, entre otros proyectos, se está investigando la posible relación entre un proceso de senescencia vascular y la pérdida de actividad neurogénica relacionada con la edad. Más específicamente, mi proyecto se centra en la caracterización de la senescencia en las células endoteliales que forman el revestimiento de los vasos sanguíneos. Para alcanzar este objetivo, se ha desarrollado y evaluado un modelo in vitro de la senescencia de las células endoteliales. En el que se han utilizado las herramientas disponibles en la actualidad, como la inmunohistoquímica para los marcadores de senescencia conocidos, y las técnicas tradicionales de tinción para la detección de la actividad β-galactosidasa asociada a la senescencia (SA-β-gal), combinadas con otras novedosas como las innovadoras sondas moleculares basadas en la fluorescencia. Esto nos permitirá caracterizar eficazmente la senescencia en las células endoteliales dentro de la SVZ. Por lo tanto, este enfoque puede sentar las bases para una comprensión global de la senescencia vascular y su influencia en el declive funcional del cerebro relacionado con la edad y las enfermedades neurodegenerativas.