The role of DNA damage in premature senescence of Nfr2-deficient endothelial cells

Senescence, also named as cellular ageing, is a state of permanent cell cycle arrest with maintained viability and metabolic activity of the cells. The excessive DNA damage presence is considered one of the main mechanisms leading to the onset of senescence. Nrf2 transcription factor is a master regulator mediating the effective response to cellular stress. The previous results of our group show that silencing of Nrf2 transcription factor in human aortic endothelial cells leads to their premature senescence. This study aimed to check whether the cause of this phenomenon are the double-stranded DNA breaks and to determine the role of Nrf2 in the recruitment of proteins involved in the DNA repair process. The study demonstrates that silencing of Nrf2 transcription factor does not lead to double-stranded DNA breaks under the basic conditions. Moreover, the lack of Nrf2 does not influence the level of damage caused by etoposide. We show that in basal state, regardless of Nrf2 expression, the level of proteins involved in DNA damage recognition (i.e. H2AX and kinase pSer1981ATM) are significantly decreased, which coincides with the low level of DNA damage. The silencing of the Nrf2 transcription factor leads to the impaired recruitment of the H2AX and pSer1981ATM kinase and promotes the cytoplasmic location of the pSer1981ATM.In summary, the obtained results indicate that there is no difference in the level of double DNA breaks between the Nrf2-deficient and control cells. However, we propose that Nrf2 may be one of the key players in the regulation of mechanisms controlling the cellular response to double-stranded DNA breaks.

Senescencja, inaczej starzenie komórkowe, jest stanem trwałego zatrzymania cyklu komórkowego z zachowaniem żywotności i aktywności metabolicznej komórek. Nadmierne uszkodzenia DNA są wymieniane wśród głównych mechanizmów prowadzących do indukcji senescencji. Jednym z kluczowych białek regulujących odpowiedź komórek na stres jest czynnik transkrypcyjny Nrf2. Badania naszego zespołu wykazały, że wyciszenie czynnika transkrypcyjnego Nrf2 w ludzkich komórkach śródbłonka aorty prowadzi ich przedwczesnej senescencji. Celem pracy było sprawdzenie, czy przyczyną tego zjawiska mogą być dwuniciowe pęknięcia DNA oraz określenie roli Nrf2 w rekrutacji białek naprawy DNA. W pracy wykazano, że wyciszenie czynnika transkrypcyjnego Nrf2 nie prowadzi do powstania dwuniciowych pęknięć DNA w warunkach podstawowych. Ponadto, brak Nrf2 nie wpływa na poziom uszkodzeń indukowanych etopozydem. Pokazano, że w warunkach kontrolnych poziom białek rozpoznających uszkodzenia DNA (tj. H2AX i kinazy pSer1981ATM) jest bardzo niski niezależnie od ekspresji Nrf2, co współgra z niskim poziomem uszkodzeń DNA. Wyciszenie czynnika transkrypcyjnego Nrf2 prowadzi natomiast do zaburzenia rekrutacji białek H2AX i kinazy pSer1981ATM, a także promuje cytoplazmatyczną lokalizację kinazy pSer1981ATM. Podsumowując, otrzymane wyniki wskazują na brak różnic w poziomie podwójnych pęknięć DNA pomiędzy komórkami kontrolnymi i tymi z wyciszonym Nrf2. Wydaje się jednak, że Nrf2 może odgrywać istotną rolę w regulacji maszynerii kontrolującej odpowiedź komórki na takie pęknięcia.