Modely senescence a jejich využití při identifikaci senolytik

Mgr. Natálie KUDLOVÁ

Doctoral thesis

Models of Senescence and Their Use in Identification of Senolytic Compounds

Abstract:

Buněčná senescence je definována jako ireverzibilní zástava buněčného cyklu způsobená různými faktory a procesy, které činí životaschopné a fungující buňky nefunkčními, což brání normální homeostáze tkání. Stav senescence může být navozen mnoha endogenními a exogenními induktory a je úzce spojen s věkem, patologiemi souvisejícími s věkem, poškozením DNA, degenerativními poruchami, supresí a aktivací nádorů, hojením ran a opravou tkání. Existují však protichůdná zjištění týkající se spouštěcích mechanismů, specifických biomarkerů a postupů detekce senescentních buněk. To může být částečně způsobeno existencí široké škály in vivo zvířecích nebo lidských modelů akcelerovaného stárnutí, které byly použity ke studiu senescence a také k identifikaci a testování senolytik. Tato práce je zaměřena na optimalizaci a validaci postupu testování potenciálně senolytických látek na in vitro i in vivo modelech senescence, konkrétně replikativní senescence (model přirozeného stárnutí) a radiací indukované senescence (akcelerovaný model stárnutí). V in vitro části experimentu byly otestovány biomarkery senescence na lidských buněčných liniích, 3 linie byly nakonec použity i pro následné testování látek. Potenciálně senolytické látky byly identifikovány pomocí optimalizované SER (Saddle-Edges-Ridges) spot analýzy obrazu založené na SA--galaktosidázové aktivitě za použití vysokokapacitního skríningu. Při in vivo experimentech na myších modelech byly jako biologický materiál využity nestandardně buňky chlupových folikulů, jejichž možnosti využití a potenciál byl taktéž zahrnut do této práce. Neinvazivní odběr a následná práce s chlupovými folikuly dbá na velmi aktuální tématiku pravidel 3R (z angl. replace, reduce and refine) a vede k dodržování co nejhumánnějších podmínek při práci s laboratorními zvířaty. Mimo to byly identifikovány 3 senolyticky působící látky (S1, S2 a S3), které mají velký potenciál sehrát svou roli na poli senoterapie. Všechny uvedené výsledky by mohly v blízké budoucnosti pomoci při identifikaci senolyticky aktivních sloučenin a přispět k posunu v oblasti výzkumu stárnutí, která je velmi živým a pulzujícím biomedicínským tématem a má potenciál nabídnout personalizovaná řešení pro zvýšení lidské dlouhověkosti i kvality života.

Abstract:

Cellular senescence is described as irreversible cell cycle arrest caused by diverse factors and processes that turn viable and functioning cells dysfunctional and prevent normal homeostasis. Senescence is induced by many endogenous and/or exogenous factors and is closely connected with age, age-related pathologies, DNA damage, degenerative disorders, tumor suppression and activation, wound healing, and tissue repair. Although, there are inconsistent opinions regarding trigger mechanisms, specific biomarkers, and senescent cell detection methods. This may be caused, at least in part, by the existence of a wide variety of in vivo models of accelerated aging that have been used to study senescence as well as to identify and examine senolytics. This work focuses on the optimization and validation of the potentially senolytic compounds´ testing procedure using in vitro and in vivo senescence models, specifically replicative senescence (model of natural aging) and radiation-induced senescence (accelerated model of aging). In the in vitro part of the experiments, various biomarkers and methods were tested on human cell lines, of which three were, in the end, also used for high throughput screening of senolytic compounds. Possible senolytic agents were identified by the optimized SER (Saddle-Edges-Ridges) spot image analysis based on SA--galactosidase activity using high throughput screening. In in vivo experiments on mouse models, a non-standard biological material - mouse hair follicle cells - was used, and the possibilities of their use and potential were also included in this work. Non-invasive sampling and subsequent work with hair follicles pay attention to the very current topic of the 3R rules (replace, reduce and refine) and lead to compliance with the most humane conditions when working with laboratory animals. In addition, 3 senolytic agents (S1, S2 and S3) were identified as having a great potential to play their role in the field of senotherapy. All presented results given in this thesis could help to identify senolytically active compounds and contribute to a shift in aging research that is a very lively and vibrant biomedical topic and has the possible capability to ultimately offer personalized solutions to increase both human longevity and quality of life.

Keywords

senescence, senolytika, stárnutí, myší modely, SA-beta-gal, p16, p21

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 9. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. MUDr. Marián Hajdúch, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Pediatrics / Pediatrics