Αντιγεροντολογική δράση φυτικών ουσιών σε πρωτογενείς κυτταροκαλλιέργειες ανθρωπίνων ινοβλαστών: μελέτη της λειτουργίας του πρωτεασώματος

Abstract

Replicative senescence in human fibroblasts is accompanied with alterations of various biological processes, including the impaired function of the proteasome. The proteasome, the major cellular non-lysosomal threonine protease, is responsible for the removal of both normal and damaged proteins. Due to its latter function, proteasome is also considered as a representative secondary antioxidant cellular mechanism. The function and the expression of the proteasome are decreased in replicative senescence, while its overexpression delays the senescence in human fibroblasts. Nrf2 is a basic transcription factor responsible for the regulation of the cellular antioxidant response, which regulates several proteasome subunits in mice. We have established in this study the proteasome-related function of Nrf2 in human fibroblasts undergoing replicative senescence. Our study demonstrates that Nrf2 has a declined expression, as well as function in senescence, while its silencing leads to premature senescence. Given the fundamental importance of proper proteasome and Nrf2 function and for the maintenance of cellular homeostasis, the particular research aimed at identifying natural compounds that activate the proteasome and the transcription factor Nrf2. Thus, we studied various extracts and natural compounds, which were isolated by plant of Greek flora, in correlation with their effect in proteasome and the appearance of replicative senescence. In the present study, we have indentified the 18α-glycyrrhetinic acid (18α-GA), a natural compound found in licorice, for its antioxidants and antiaging activities. It was observed tha the 18α-GA enhanced the proteasome activities and increases the proteasome content through the Nrf2 transcription factor. Moreover, treatment by 18α-GA results to enhanced cells’ survival following oxidative stress, while continuous treatment leads to lifespan extension of human fibroblasts. Importantly, the Nrf2-proteasome axis is functional in terminally senescent cultures as these cells retain their responsiveness to the Nrf2 and proteasome stimuli. In summary, the aforementioned data demonstrate the beneficial effect of the 18α-GA on human fibroblasts undergoing replicative senescence and provide new insights towards enhancement and activation of cellular antioxidant mechanisms by natural compounds.

Η γήρανση των ανθρωπίνων ινοβλαστών συνοδεύεται από μεταβολές σε διάφορες βιολογικές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης και της μείωσης της λειτουργίας του πρωτεασώματος. Το πρωτεάσωμα, μια πολυπρωτεϊνική μη πρωτεάση, είναι υπεύθυνο για την αποικοδόμηση φυσιολογικών και μη πρωτεϊνών. H λειτουργία αυτή, το καθιστά έναν από τους κύριους δευτερογενής αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς του κυττάρου. Κατά τη φάση της αναδιπλασιαστικής γήρανσης, το πρωτεάσωμα παρουσιάζει μειωμένη έκφραση αλλά και λειτουργία, ενώ η αυξημένη έκφραση του καθυστερεί το φαινόμενο της γήρανση σε ανθρώπινους ινοβλάστες. Ο Nrf2 είναι ένας από τους βασικούς μεταγραφικούς παράγοντες, υπεύθυνος για τη ρύθμιση της αντιοξειδωτικής απόκρισης του κυττάρου, ο οποίος ρυθμίζει την έκφραση διαφόρων πρωτεασωμικών υπομονάδων στο ποντίκι. Στην παρούσα διατριβή, συσχετίστηκε η λειτουργία του Nrf2 με το πρωτεάσωμα κατά την αναδιπλασιαστική γήρανση. Έτσι βρέθηκε ότι ο μεταγραφικός παράγοντας Nrf2 έχει μειωμένη έκφραση καθώς και λειτουργία κατά τη γήρανση, ενώ η αποσιώπησή του οδηγεί σε πρόωρη γήρανση των ανθρωπίνων ινοβλαστών. Η σωστή λειτουργία του πρωτεασώματος και του Nrf2 είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της κυτταρικής ομοιοστασίας και για το λόγο αυτό η ταυτοποίηση φυσικών ουσιών που ενεργοποιούν το πρωτεάσωμα και τον μεταγραφικό παράγοντα Nrf2, αποτέλεσε βασικό στόχο της διατριβής. Έτσι, μελετήθηκαν διάφορα εκχυλίσματα και φυσικές ουσίες, που απομονώθηκαν από φυτά της ελληνικής χλωρίδας, σε σχέση με την επίδραση τους στο πρωτεάσωμα και στο φαινόμενο της αναδιπλασιαστικής γήρανσης. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, μελετήθηκε περαιτέρω το 18α-γλυκιρχετινικό οξύ (18α-GA), ένα από τα κύρια συστατικά της γλυκόριζας, ως προς τις αντιοξειδωτικές και αντιγηραντικές του ιδιότητες. Παρατηρήθηκε ότι το 18α-GA ενισχύει τις πρωτεασωμικές ενεργότητες και αυξάνει την ποσότητα του δομημένου πρωτεασώματος, μέσω του μεταγραφικού παράγοντα Nrf2. Επιπλέον, η επίδραση με το 18α-GA αυξάνει την κυτταρική επιβίωση παρουσία οξειδωτικού στρες, ενώ η συνεχής χορήγηση της ουσίας οδηγεί σε αύξηση του πρoσδόκιμου ζωής ανθρωπίνων ινοβλαστών. Ακόμη, ο άξονας πρωτεάσωμα και Nrf2 είναι λειτουργικός σε καλλιέργειες γηρασμένων ινοβλαστών, δεδομένου ότι τα κύτταρα αυτά διατηρούν την απόκρισή τους στην ενεργοποίηση του Nrf2 και του πρωτεασώματος από την ουσία 18α-GA. Συνοπτικά, τα παραπάνω δεδομένα καταδεικνύουν τις ευεργετικές δράσεις του 18α-GA κατά την αναδιπλασιαστική γήρανση και παράλληλα παρέχει νέες δυνατότητες στην ενεργοποίηση κυτταρικών αντιοξειδωτικών μηχανισμών από φυσικές ουσίες.