혈관 내피 세포 노화 조절 인자 발굴 및 작용 기전 연구 Molecular regulators associated with cellular senescence and their mechanism of action in microvascular endothelial cells원문보기
혈관내피세포는 혈관의 가장 안쪽을 구성하는, 선택적 반투과성 장 벽의 기능을 하는 세포로, 혈관을 통한 영양분 전달과 다양한 신호 전 달에 관여한다. 이러한 혈관내피세포가 손상되거나 노화가 일어나면 혈관의 기능이 저하되고, 이는 다양한 혈관질환의 발생으로 이어지기 때문에 혈관내피세포의 노화를 조절하는 것은 아주 중요하다. 본 연구 에서는 혈관내피세포의 노화 억제를 위해 노화 유도 효과가 있는 microRNA를 발굴하고, 이를 표적하여 노화 억제 효과를 확인하였다. 첫 번째로, 노화의 진행에 따라 non-histone chromatin-binding protein인 HMGB2의 감소를 확인하였다. 혈관내피세포에서 HMGB2의 억제는 노 화를 유도하였고, HMGB2 과발현에 의해 노화가 지연되어, HMGB2가 노화에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. HMGB2 단백질을 조절 하는 메커니즘으로서 miRNA에 의한 후성유전학적 발현 조절 (epigenetic regulation)에 초점을 두었다. 노화된 내피세포에서 증가하는 miRNA를 스크리닝하고 HMGB2를 타겟 할 수 있는 다섯 가지의 miRNA를 선별하였다. 이들은 직접 mRNA의 3' 비번역 부위(untranslated region; UTR)에 결합함으로서 HMGB2의 발현을 조절하여 노화를 일으 켰다. 상보적 ...
혈관내피세포는 혈관의 가장 안쪽을 구성하는, 선택적 반투과성 장 벽의 기능을 하는 세포로, 혈관을 통한 영양분 전달과 다양한 신호 전 달에 관여한다. 이러한 혈관내피세포가 손상되거나 노화가 일어나면 혈관의 기능이 저하되고, 이는 다양한 혈관질환의 발생으로 이어지기 때문에 혈관내피세포의 노화를 조절하는 것은 아주 중요하다. 본 연구 에서는 혈관내피세포의 노화 억제를 위해 노화 유도 효과가 있는 microRNA를 발굴하고, 이를 표적하여 노화 억제 효과를 확인하였다. 첫 번째로, 노화의 진행에 따라 non-histone chromatin-binding protein인 HMGB2의 감소를 확인하였다. 혈관내피세포에서 HMGB2의 억제는 노 화를 유도하였고, HMGB2 과발현에 의해 노화가 지연되어, HMGB2가 노화에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. HMGB2 단백질을 조절 하는 메커니즘으로서 miRNA에 의한 후성유전학적 발현 조절 (epigenetic regulation)에 초점을 두었다. 노화된 내피세포에서 증가하는 miRNA를 스크리닝하고 HMGB2를 타겟 할 수 있는 다섯 가지의 miRNA를 선별하였다. 이들은 직접 mRNA의 3' 비번역 부위(untranslated region; UTR)에 결합함으로서 HMGB2의 발현을 조절하여 노화를 일으 켰다. 상보적 염기서열을 가진 miRNA 억제제를 도입하면 세포의 노화 가 지연되었다. 두 번째로, 노화를 유도하는 더 많은 miRNA를 찾고 이의 노화 유 도 기전을 규명하기 위해, 어리거나 노화된 내피세포로 small RNA sequencing을 수행하였다. 노화된 세포에서 증가하는 miRNA중 가장 효 과적으로 노화를 유도하는 miR-214-5p는 다양한 목표 단백질 중 특히 Notch signaling의 리간드인 JAG1의 발현을 억제하였다. JAG1의 발현을 억제하였을 때 노화가 유도되었고, miR-214-5p 저해제를 처리하면 노화 가 지연되었다. 마지막으로, CRISPR-Cas9 시스템을 활용하여 세포 노화와 관련된 유 전자들을 찾고자 하였다. 인간의 전체 유전자를 포함하는 가이드 RNA 라이브러리를 이용하여 노화된 내피 세포에서 녹아웃 스크리닝을 수행 하였다. 노화 진행에 따라 가이드 RNA 리드 수의 변화가 나타난 유전 자를 선별하였고, 이들은 주로 세포자연사 (apoptosis), DNA 수리 (DNA repair), 혈관 신생 (angiogenesis) 등에 관여하는 특징을 가진다. 또한, 노화와 관련된 miRNA도 함께 선별하였는데, 일부는 노화와 직접적인 관련성이 보고되지 않았으나, 암세포의 성장을 조절하는 것으로 보고 되었다. 따라서 CRISPR-Cas9 녹아웃 스크리닝을 통해 새로운 노화 조 절 인자의 발굴이 기대된다. 위 연구들을 통해, 혈관 내피 세포에서 HMGB2와 JAG1의 발현을 조절하여 노화를 유도하는 miRNA를 발굴하였고, miRNA 저해제를 처리 하여 노화를 지연시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 인간 전체 유전자 녹아웃 스크리닝을 통해 노화 관련 유전자 및 miRNA를 검색하였다. 본 연구에서 발굴한 노화 관련 miRNA를 조절하면, 내피세포의 노화, 혈관의 노화를 제어할 수 있으며, 세포 노화와 관련된 다양한 질환을 예방할 수 있다.
혈관내피세포는 혈관의 가장 안쪽을 구성하는, 선택적 반투과성 장 벽의 기능을 하는 세포로, 혈관을 통한 영양분 전달과 다양한 신호 전 달에 관여한다. 이러한 혈관내피세포가 손상되거나 노화가 일어나면 혈관의 기능이 저하되고, 이는 다양한 혈관질환의 발생으로 이어지기 때문에 혈관내피세포의 노화를 조절하는 것은 아주 중요하다. 본 연구 에서는 혈관내피세포의 노화 억제를 위해 노화 유도 효과가 있는 microRNA를 발굴하고, 이를 표적하여 노화 억제 효과를 확인하였다. 첫 번째로, 노화의 진행에 따라 non-histone chromatin-binding protein인 HMGB2의 감소를 확인하였다. 혈관내피세포에서 HMGB2의 억제는 노 화를 유도하였고, HMGB2 과발현에 의해 노화가 지연되어, HMGB2가 노화에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. HMGB2 단백질을 조절 하는 메커니즘으로서 miRNA에 의한 후성유전학적 발현 조절 (epigenetic regulation)에 초점을 두었다. 노화된 내피세포에서 증가하는 miRNA를 스크리닝하고 HMGB2를 타겟 할 수 있는 다섯 가지의 miRNA를 선별하였다. 이들은 직접 mRNA의 3' 비번역 부위(untranslated region; UTR)에 결합함으로서 HMGB2의 발현을 조절하여 노화를 일으 켰다. 상보적 염기서열을 가진 miRNA 억제제를 도입하면 세포의 노화 가 지연되었다. 두 번째로, 노화를 유도하는 더 많은 miRNA를 찾고 이의 노화 유 도 기전을 규명하기 위해, 어리거나 노화된 내피세포로 small RNA sequencing을 수행하였다. 노화된 세포에서 증가하는 miRNA중 가장 효 과적으로 노화를 유도하는 miR-214-5p는 다양한 목표 단백질 중 특히 Notch signaling의 리간드인 JAG1의 발현을 억제하였다. JAG1의 발현을 억제하였을 때 노화가 유도되었고, miR-214-5p 저해제를 처리하면 노화 가 지연되었다. 마지막으로, CRISPR-Cas9 시스템을 활용하여 세포 노화와 관련된 유 전자들을 찾고자 하였다. 인간의 전체 유전자를 포함하는 가이드 RNA 라이브러리를 이용하여 노화된 내피 세포에서 녹아웃 스크리닝을 수행 하였다. 노화 진행에 따라 가이드 RNA 리드 수의 변화가 나타난 유전 자를 선별하였고, 이들은 주로 세포자연사 (apoptosis), DNA 수리 (DNA repair), 혈관 신생 (angiogenesis) 등에 관여하는 특징을 가진다. 또한, 노화와 관련된 miRNA도 함께 선별하였는데, 일부는 노화와 직접적인 관련성이 보고되지 않았으나, 암세포의 성장을 조절하는 것으로 보고 되었다. 따라서 CRISPR-Cas9 녹아웃 스크리닝을 통해 새로운 노화 조 절 인자의 발굴이 기대된다. 위 연구들을 통해, 혈관 내피 세포에서 HMGB2와 JAG1의 발현을 조절하여 노화를 유도하는 miRNA를 발굴하였고, miRNA 저해제를 처리 하여 노화를 지연시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 인간 전체 유전자 녹아웃 스크리닝을 통해 노화 관련 유전자 및 miRNA를 검색하였다. 본 연구에서 발굴한 노화 관련 miRNA를 조절하면, 내피세포의 노화, 혈관의 노화를 제어할 수 있으며, 세포 노화와 관련된 다양한 질환을 예방할 수 있다.
Endothelial cells that constitute blood vessels govern the selective semi- permeable barrier system, which is the primary function of blood vessels. When vascular endothelial cells are damaged or lose their function due to senescence, problems with nutrient delivery and various signal transduction s...
Endothelial cells that constitute blood vessels govern the selective semi- permeable barrier system, which is the primary function of blood vessels. When vascular endothelial cells are damaged or lose their function due to senescence, problems with nutrient delivery and various signal transduction systems can occur, leading to senile cardiovascular diseases. In this study, I identified microRNA (miRNA) related to senescence in microvascular endothelial cells (MVECs) and developed a strategy for preventing senescence by regulating miRNA. First, I observed a non-histone chromosomal protein, high mobility group box 2 (HMGB2), was decreased with age. In young MVECs, siRNA-mediated downregulation of HMGB2 inhibited cell proliferation and accelerated cellular senescence, and ectopic overexpression delayed senescence. Thus, HMGB2 plays an important role in cellular senescence. To determine the mechanism of HMGB2 downregulation, I screened miRNAs targeting HMGB2 that were significantly upregulated in senescent MVECs. Five miRNAs, miR-23a-3p, 23b-3p, -181a-5p, -181b-5p, and -221-3p, were overexpressed in senescent MVECs and induce senescence through downregulation of HMGB2. Because inhibition of miRNAs delayed cellular senescence, restoration of HMGB2 expression using miRNA inhibitors represents a potential strategy to overcome the detrimental effects of cellular senescence in endothelial cells. Second, I sought to discover more miRNAs that promote cellular senescence and elucidate their mechanisms. To classify miRNAs with increased expression in senescent cells, I performed small RNA sequencing in young and old MVECs. The miRNAs with increased expression in senescent cells were screened, and five miRNA candidates that induce senescence were selected. Among the miRNA candidates, miR-214-5p induced senescence most effectively, and can directly target Jagged 1 (JAG1), a ligand of Notch signaling. siRNA-mediated JAG1 downregulation reduced proliferation and induced senescence, and inhibition of miR-214-5p restored JAG1 expression and delayed senescence. In conclusion, blocking the reduction of JAG1 by the senescence-inducing miR-214-5p could inhibit the senescence of MVECs. Finally, to identify genes involved in replicative senescence, I used the CRISPR-Cas9 system with a single guide RNA (sgRNA) library that targets all human genes. The top 500 genes with significant differences in abundance during senescence were selected and found to be associated with apoptosis, DNA repair, and angiogenesis. I also identified enriched or depleted sgRNAs targeting SA- miRNAs. Although the miRNAs that I have identified have not yet been shown to be associated with senescence, some have been reported to act as tumor suppressors or enhancers, supporting the validity of the screening system. In conclusion, five miRNAs targeting HMGB2 and miR-214-5p targeting JAG1 were identified as senescence-inducing miRNAs by regulating target gene expression in MVEC. Senescence can be regulated with miRNA inhibitors that target these miRNAs. I also discovered senescence-related genes and miRNAs through CRISPR-Cas9 knockout screening, and classified their biological functions through gene ontology and pathway analysis. In this study, I revealed that miRNA can regulate the senescence of vascular endothelial cells as an epigenetic regulator. By regulating these miRNAs, vascular aging and various related diseases, as well as the senescence of endothelial cells, can be prevented.
Endothelial cells that constitute blood vessels govern the selective semi- permeable barrier system, which is the primary function of blood vessels. When vascular endothelial cells are damaged or lose their function due to senescence, problems with nutrient delivery and various signal transduction systems can occur, leading to senile cardiovascular diseases. In this study, I identified microRNA (miRNA) related to senescence in microvascular endothelial cells (MVECs) and developed a strategy for preventing senescence by regulating miRNA. First, I observed a non-histone chromosomal protein, high mobility group box 2 (HMGB2), was decreased with age. In young MVECs, siRNA-mediated downregulation of HMGB2 inhibited cell proliferation and accelerated cellular senescence, and ectopic overexpression delayed senescence. Thus, HMGB2 plays an important role in cellular senescence. To determine the mechanism of HMGB2 downregulation, I screened miRNAs targeting HMGB2 that were significantly upregulated in senescent MVECs. Five miRNAs, miR-23a-3p, 23b-3p, -181a-5p, -181b-5p, and -221-3p, were overexpressed in senescent MVECs and induce senescence through downregulation of HMGB2. Because inhibition of miRNAs delayed cellular senescence, restoration of HMGB2 expression using miRNA inhibitors represents a potential strategy to overcome the detrimental effects of cellular senescence in endothelial cells. Second, I sought to discover more miRNAs that promote cellular senescence and elucidate their mechanisms. To classify miRNAs with increased expression in senescent cells, I performed small RNA sequencing in young and old MVECs. The miRNAs with increased expression in senescent cells were screened, and five miRNA candidates that induce senescence were selected. Among the miRNA candidates, miR-214-5p induced senescence most effectively, and can directly target Jagged 1 (JAG1), a ligand of Notch signaling. siRNA-mediated JAG1 downregulation reduced proliferation and induced senescence, and inhibition of miR-214-5p restored JAG1 expression and delayed senescence. In conclusion, blocking the reduction of JAG1 by the senescence-inducing miR-214-5p could inhibit the senescence of MVECs. Finally, to identify genes involved in replicative senescence, I used the CRISPR-Cas9 system with a single guide RNA (sgRNA) library that targets all human genes. The top 500 genes with significant differences in abundance during senescence were selected and found to be associated with apoptosis, DNA repair, and angiogenesis. I also identified enriched or depleted sgRNAs targeting SA- miRNAs. Although the miRNAs that I have identified have not yet been shown to be associated with senescence, some have been reported to act as tumor suppressors or enhancers, supporting the validity of the screening system. In conclusion, five miRNAs targeting HMGB2 and miR-214-5p targeting JAG1 were identified as senescence-inducing miRNAs by regulating target gene expression in MVEC. Senescence can be regulated with miRNA inhibitors that target these miRNAs. I also discovered senescence-related genes and miRNAs through CRISPR-Cas9 knockout screening, and classified their biological functions through gene ontology and pathway analysis. In this study, I revealed that miRNA can regulate the senescence of vascular endothelial cells as an epigenetic regulator. By regulating these miRNAs, vascular aging and various related diseases, as well as the senescence of endothelial cells, can be prevented.
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