Cell and Tissue BiologyCell and Tissue BiologyЦитология0041-37713034-6061The Russian Academy of Sciences66961110.31857/S0041377124020035RKKFRVArticlesСтатьиResearch ArticlePTEN knockout leads to premature senescence of human endometrial stromal cellsНокаут PTEN вызывает преждевременное старение эндометриальных стромальных клеток человекаParfenovaP. S.ПарфеноваП. С.
Russian Federation

Группа механизмов клеточного старения

borodkina618@gmail.comDeryabinP. I.ДерябинП. И.
Russian Federation

Группа механизмов клеточного старения

borodkina618@gmail.comPozdnyakovD. Y.ПоздняковД. Ю.
Russian Federation

Группа механизмов клеточного старения

borodkina618@gmail.comBorodkinaA. V.БородкинаА. В.
Russian Federation

Группа механизмов клеточного старения

borodkina618@gmail.comInstitute of Cytology RASИнститут цитологии РАН1503202466213114227022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://vietnamjournal.ru/0041-3771/article/view/669611

One of the defense mechanisms against neoplastic transformation of cells in response to oncogenic stimuli is cellular senescence. However, the ability of cells to activate this defense reaction depends on their nature and is not inherent in all cell types. Within the present study, we investigated reaction of human endometrial stromal cells (EnSC) towards classical oncogenic stimulus – PTEN inactivation. By using CRISPR/Cas9 genome editing technology, we generated EnSC line with PTEN knockout. We showed that reduced PTEN expression results in proliferation loss, cell hypertrophy, accumulation of lipofuscin and disturbed redox balance. Together these data favors senescence induction in PTEN-knockout EnSC. While studying the molecular mechanisms, we established the key role of the PI3K/AKT signaling pathway in the implementation of the EnSC senescence program under conditions of PTEN knockout. Inhibiting this signaling pathway by LY294002 prevented both the phenotypic manifestations of premature senescence and cell cycle arrest in PTEN-knockout EnSC. Thus, the development of premature senescence in response to reduced expression of the oncosuppressor PTEN can be considered as a protective mechanism that prevents malignant transformation of EnSC.

Одним из защитных механизмов против неопластической трансформации клеток в ответ на онкогенные стимулы является клеточное старение. Однако способность клеток активировать данную защитную реакцию зависит от их природы и присуща не всем клеточным типам. В нашей работе мы исследовали реакцию эндометриальных стромальных клеток человека (эСК) на классический онкогенный стимул – инактивацию онкосупрессора PTEN. Используя технологию направленного редактирования генома CRISPR/Cas9, нам удалось получить линию эСК с нокаутом гена PTEN. Мы показали, что снижение экспрессии PTEN приводит к потере пролиферативной активности, гипертрофии, накоплению липофусцина и нарушению редокс-баланса клеток. Совокупность выявленных признаков свидетельствует в пользу индукции преждевременного старения в эСК, нокаутных по PTEN. При исследовании молекулярных механизмов мы установили ключевую роль PI3K/AKT сигнального пути в реализации программы старения эСК в условиях нокаута PTEN. Ингибирование этого сигнального пути при помощи вещества LY294002 предотвращало как фенотипические проявления преждевременного старения, так и арест клеточного цикла в нокаутных по PTEN-клетках. Таким образом, развитие преждевременного старения в условиях сниженной экспрессии онкосупрессора PTEN можно рассматривать как защитный механизм, препятствующий злокачественной трансформации эСК.

cell senescencehuman endometrial stromal cellstumor suppressorPTENPICSклеточное старениеэндометриальная стромальная клетка человекатуморсупрессорPTENPICSРоссийский научный фондRussian Science Foundation19-74-10038Грюкова А.А., Шатрова А.Н., Дерябин П.И., Бородкина А.В., Князев Н.А., Никольский Н.Н., Бурова Е.Б. 2017. Модуляция фенотипических признаков старения стволовых эндометриальных клеток в условиях ингибирования mTOR и MAP-киназных сигнальных путей. Цитология. Т. 59. № 6. С. 410. (Grukova A.A., Shatrova A.N., Deryabin P.I., Borodkina A.V., Knyazev N.A., Nikolsky N.N., Burova E.B. 2017. Modulation of senescence phenotype of human endometrial stem cells under inhibition of mtor and map-kinase signaling pathways. Tsitologiia. V. 59. P. 410.)Земелько В.И., Гринчук Т.М., Домнина А.П., Арцыбашева И.В., Зенин В.В., Кирсанов А.А., Бичевая Н.К., Корсак В.С., Никольский Н.Н. 2011. Мультипотентные мезенхимные стволовые клетки десквамированного эндометрия. Выделение, характеристика и использование в качестве фидерного слоя для культивирования эмбриональных стволовых линий человека. Цитология. Т. 53. № 12. С. 919. (Zemelko V.I., Grinchuk T.M., Domnina A.P., Artzibasheva I.V., Zenin V.V., Kirsanov A.A., Bichevaia N.K., Korsak V.S., Nikolsky N.N. 2011. Multipotent mesenchymal stem cells of desquamated endometrium: Isolation, characterization, and application as a feeder layer for maintenance of human embryonic stem cells. Tsitologiia. V. 53. P. 919.)Alimonti A., Nardella C., Chen Z., Clohessy J.G., Carracedo A., Trotman L.C., Cheng K., Varmeh S., Kozma S.C., Thomas G., Rosivatz E., Woscholski R., Cognetti F., Scher H.I., Pandolfi P.P. 2010. A novel type of cellular senescence that can be enhanced in mouse models and human tumor xenografts to suppress prostate tumorigenesis. J. Clin. Invest. V. 120. P. 681.Borodkina A., Shatrova A., Abushik P., Nikolsky N., Burova E. 2014. Interaction between ROS dependent DNA damage, mitochondria and p38 MAPK underlies senescence of human adult stem cells. Aging. V. 6. P. 481.Bousset L., Gil J. 2022. Targeting senescence as an anticancer therapy. Mol. Oncol. V. 16. P. 3855.Campisi J., Dimri G., Hara E. 1996. Handbook of the biology of aging. N.-Y., USA: Academic Press.Chen C.-Y., Chen J., He L., Stiles B.L. 2018. PTEN: tumor suppressor and metabolic regulator. Front. Endocrino. V. 9. P. 338.Chen Z., Trotman L.C., Shaffer D., Lin H.-K., Dotan Z.A., Niki M., Koutcher J.A., Scher H.I., Ludwig T., Gerald W., Cordon-Cardo C., Pandolfi P.P. 2005. Crucial role of p53-dependent cellular senescence in suppression of PTEN-deficient tumorigenesis. Nature. V. 436. P. 725.Deryabin P., Griukova A., Shatrova A., Petukhov A., Nikolsky N., Borodkina A. 2019. Optimization of lentiviral transduction parameters and its application for CRISPR-based secretome modification of human endometrial mesenchymal stem cells. Cell Cycle. V. 18. P. 742.Duan S., Yuan G., Liu X., Ren R., Li J., Zhang W., Wu J., Xu X., Fu L., Li Y., Yang J., Zhang W., Bai R., Yi F., Suzuki K., et al., 2015. PTEN deficiency reprogrammes human neural stem cells towards a glioblastoma stem cell-like phenotype. Nature Commun. V. 6. P. 10068.Huang W., Hickson L.J., Eirin A., Kirkland J.L., Lerman L.O. 2022. Cellular senescence: the good, the bad and the unknown. Nat. Rev. Nephrol. V. 18. P. 611.Jung S.H., Hwang H.J., Kang D., Park H.A., Lee H.C., Jeong D., Lee K., Park H.J., Ko Y.G., Lee J.S. 2019. mTOR kinase leads to PTEN-loss-induced cellular senescence by phosphorylating p53. Oncogene. V. 38. P. 1639.Kappes H., Goemann C., Bamberger A.M., Löning T., Milde-Langosch K. 2001. PTEN expression in breast and endometrial cancer: correlation with steroid hormone receptor status. Pathobiology. V. 69. P. 136.Kim J.S., Lee C., Bonifant C.L., Ressom H., Waldman T. 2007. Activation of p53-dependent growth suppression in human cells by mutations in PTEN or PIK3CA. Mol. Cell Biol. V. 27. P. 662.Lancaster J.M., Risinger J.I., Carney M.E., Barrett J.C., Berchuck A. 2001. Mutational analysis of the PTEN gene in human uterine sarcomas. Am. J. Obstet. Gynecol. V. 184. P. 1051.Legut M., Daniloski Z., Xue X., McKenzie D., Guo X., Wessels H.-H., Sanjana N.E. 2020. High-Throughput Screens of PAM-Flexible Cas9 Variants for Gene Knockout and Transcriptional Modulation. Cell reports. V. 30. P. 2859.Li J., Yen C., Liaw D., Podsypanina K., Bose S., Wang S.I., Puc J., Miliaresis C., Rodgers L., McCombie R., Bigner S.H., Giovanella B.C., Ittmann M., Tycko B., Hibshoosh H., Wigler M.H., Parsons R. 1997. PTEN, a putative protein tyrosine phosphatase gene mutated in human brain, breast, and prostate cancer. Science. V. 275. P. 1943.Parisotto M., Grelet E., El Bizri R., Metzger D. 2018a. Senescence controls prostatic neoplasia driven by PTEN loss. Mol. Cell Oncol. V. 6. P. 1511205.Parisotto M., Grelet E., El Bizri R., Dai Y., Terzic J., Eckert D., Gargowitsch L., Bornert J.-M., Metzger D. 2018b. PTEN deletion in luminal cells of mature prostate induces replication stress and senescence in vivo. J. Exper. Med. V. 215. P. 1749.Shlush L., Itzkovitz S., Cohen A., Rutenberg A., Berkovitz R., Yehezkel S., Shahar H., Selig S., Skorecki K. 2011. Quantitative digital in situ senescence-associated β-galactosidase assay. BMC Cell Biol. V. 12. P. 16.St-Germain M.E., Gagnon V., Mathieu I., Parent S., Asselin E. 2004a. Akt regulates COX-2 mRNA and protein expression in mutated-PTEN human endometrial cancer cells. Int. J. Oncol. V. 24. P. 1311.St-Germain M.E., Gagnon V., Parent S., Asselin E. 2004b. Regulation of COX-2 protein expression by Akt in endometrial cancer cells is mediated through NF-kappaB/IkappaB pathway. Mol. Cancer. V. 3. P. 7.Steelman L.S., Chappell W.H., Abrams S.L., Kempf R.C., Long J., Laidler P., Mijatovic S., Maksimovic-Ivanic D., Stivala F., Mazzarino M.C., Donia M., Fagone P., Malaponte G., Nicoletti F., Libra M., et al., 2011. Roles of the Raf/MEK/ERK and PI3K/PTEN/Akt/mTOR pathways in controlling growth and sensitivity to therapy-implications for cancer and aging. Aging (Albany NY). V. 3. P. 192.Toropov A.L., Deryabin P.I., Shatrova A.N., Borodkina A.V. 2023. Oncogene-induced senescence is crucial antitumor defense mechanism of human endometrial stromal cells. Int. J. Mol. Sci. V. 24. P. 14089.