La senescencia se define como un estado celular caracterizado por la detención prolongada y generalmente irreversible del ciclo celular, con características secretoras concretas y pronunciadas, daño macromolecular, metabolismo alterado y resistencia a la muere celular por apoptosis. El estado senescente fue descrito de manera inicial asociado al envejecimiento, como consecuencia del acortamiento telomérico que se produce de forma basal en las células a medida que entran de forma reiterada en el ciclo celular. Este proceso es conocido como “senescencia celular replicativa”. Sin embargo, en los últimos años, la senescencia celular se ha consolidado como un mecanismo alternativo a la muerte celular y adoptado por las células cuando son sometidas a estímulos estresantes, intrínsecos y extrínsecos, de manera prolongada en el tiempo. Esta senescencia inducida por estrés recibe el nombre de “senescencia prematura”. En este contexto, la presencia de daño en el ADN, la disfunción mitocondrial, el estrés oxidativo o los procesos inflamatorios podrían ser mecanismos desencadenantes del fenotipo senescente. Estos estresores desencadenantes de la senescencia prematura son también mecanismos subyacentes a la fisiopatología del ictus isquémico. Debido al coste socio-económico que presenta este tipo de accidente cerebrovascular en la actualidad, y como respuesta a la limitada opción terapéutica disponible, la búsqueda de nuevas dianas terapéuticas en este ámbito resulta imprescindible para mejorar la condición neurológica de los pacientes que la sufren. Además, las células senescentes se caracterizan por su contribución dual. Por un lado, de forma basal, la senescencia puede considerarse un proceso beneficioso que contribuye a reducir la presencia de células dañadas y recuperar la homeostasis de los tejidos. Sin embargo, por otro lado, la señalización inducida por el fenotipo secretor asociado a senescencia (SASP) a las células circundantes hace que su acumulación de forma aberrante genere un ambiente proinflamatorio que favorece y/o agrava el desarrollo de enfermedades. Por este motivo, dilucidar la existencia del fenotipo senescente de manera posterior a un evento estresante, como es la isquemia cerebral, podría constituir una aproximación terapéutica de gran interés en el contexto de las enfermedades cerebrovasculares. El presente estudio tiene como objetivo abordar una caracterización espacio-temporal del fenotipo senescente tras el ictus isquémico experimental, así como dilucidar las vías y los tipos celulares implicados en el desarrollo de la senescencia en estas circunstancias. Para ello, ratas Wistar macho fueron sometidas a 60 minutos de isquemia focal transitoria mediante el modelo de oclusión transitoria de la arteria cerebral media (tMCAO), seguida de 24 horas, 3, 7 y 14 días de reperfusión. Tras la extracción del tejido cerebral se determinó la expresión de los siguientes marcadores de senescencia celular: (1) detención del ciclo celular (mediante el análisis de la expresión génica por RT-qPCR y proteica por inmunofluorescencia de los inhibidores del ciclo celular p16INK4a y p21CIP/WAF1); (2) actividad lisosomal alterada (mediante el estudio de la acumulación de lipofuscina, a partir de la tinción con Sudan Black B, y la presencia de actividad SA-β-gal); (3) SASP (mediante el análisis de la expresión génica por RT-qPCR de las interleuquinas IL-6, IL-1β y TNF-α); y (4) daño nuclear y en el ADN (mediante el análisis de la expresión génica por RT-qPCR de las quinasas Chk1 y Chk2, y de la expresión proteica por inmunofluorescencia de γH2AX y de la proteína constitutiva de la envoltura nuclear, LB1). Los resultados obtenidos muestran: (1) aumentos significativos en la expresión del marcador p16INK4a, particularmente en neuronas y microglía/macrófagos localizados en las regiones principalmente afectadas por la isquemia; (2) identificación de la acumulación de lipofuscina y SA-β-gal restringida al tejido cerebral infartado; (3) sobreexpresión de los marcadores de SASP, IL-6, IL-1β y TNF-α a las 24 h de reperfusión; (4) sobreexpresión de Chk1 y Chk2 a los 14 días post isquemia. Nuestros hallazgos apoyan la existencia de senescencia celular cerebral tras el ictus isquémico experimental y proponen que las neuronas y microglía/macrófagos podrían ser unos potenciales candidatos para desarrollarla. Su papel beneficioso o perjudicial en estas circunstancias todavía está por determinar, no obstante, sería posible hipotetizar si su acumulación constituiría un mecanismo beneficioso que podría sustituir a la muerte celular en las células implicadas en la lesión isquémica, o si, por el contrario, su acumulación podría contribuir a agravar el daño neurológico que se establece de manera posterior a la isquemia. Es esencial, por tanto, profundizar en el conocimiento del papel de la senescencia de las células cerebrales en la fisiopatología del ictus isquémico y, en consecuencia, en la aplicación de terapias senolíticas y/o senomórficas para resolver estas cuestiones con mayor garantía de éxito.

La senescència es defineix com un estat cel·lular caracteritzat per la detenció prolongada i generalment irreversible del cicle cel·lular, amb característiques secretores concretes i pronunciades, dany macromolecular, metabolisme alterat i resistència a la mort cel·lular per apoptosis. L’estat senescent va ser descrit de manera inicial associat a l’envelliment, com a conseqüència de l’acurtament telomèric que es produeix de manera basal a les cèl·lules a mesura que entren de forma reiterada en el cicle cel·lular. Este procés és conegut com ‘senescència cel·lular replicativa’. No obstant, en els últims anys, la senescència cel·lular s’ha consolidat com un mecanisme alternatiu a la mort cel·lular i adoptat per les cèl·lules quan son sotmeses a estímuls estressants, intrínsecs i extrínsecs, de manera prolongada en el temps. Esta senescència induïda per estrès rep el nom de ‘senescència prematura’. En este context, la presència de dany en l’ADN, la disfunció mitocondrial, l’estrès oxidatiu, o els processos inflamatoris podrien ser mecanismes desencadenants del fenotip senescent. Estos estressors desencadenants de la senescència prematura són també mecanismes subjacents a la fisiopatologia de l’ictus isquèmic. Degut al cost socioeconòmic que presenta aquest tipus d’accident cerebrovascular a l’actualitat, i com a resposta a la limitada opció terapèutica disponible, la cerca de noves dianes terapèutiques en este àmbit resulta imprescindible per a millorar la condició neurològica dels pacients que la sofreixen. A més, les cèl·lules senescents es caracteritzen per la seua contribució dual. D’una banda, de manera basal, la senescència pot considerar-se un procés beneficiós que contribueix a reduir la presència de cèl·lules danyades i recuperar l’homeòstasi dels teixits. D’altra banda, la senyalització induïda pel fenotip secretor associat a senescència (SASP) a les cèl·lules circumdants fa que la seua acumulació de forma aberrant genere un ambient pro-inflamatori que afavoreix i/o agreuja el desenvolupament d’enfermetats. Per este motiu, dilucidar l’existència del fenotip senescent de manera posterior a un esdeveniment estressant, com és la isquèmia cerebral, podria constituir una aproximació terapèutica de gran interès en el context de les malalties cerebrovasculars. El present estudi té com a objectiu abordar una caracterització espai-temporal del fenotip senescent posterior a l’ictus isquèmic experimental, així com dilucidar les vies i els tipus cel·lulars implicats en el desenvolupament de la senescència en estes circumstàncies. Amb aquest objectiu, rates Wistar mascle van ser sotmeses a 60 minuts d’isquèmia focal transitòria, mitjançant l’ús del model d’oclusió transitòria de l’arteria cerebral mitja (tMCAO), seguida de 24 hores, 3, 7 i 14 dies de reperfusió. Després de l’extracció del teixit cerebral, es va determinar l’expressió dels següents marcadors de senescència cel·lular: (1) detenció del cicle cel·lular (mitjançant l’anàlisi de l’expressió gènica per RT-qPCR i proteica per immunofluorescència dels inhibidors del cicle cel·lular p16INK4a y p21CIP/WAF1); (2) activitat lisosomal alterada (mitjançant l’estudi de l’acumulació de lipofuscina, a partir de la tinció amb Sudan Black B, i la presència d’activitat SA-β-gal); (3) SASP (mitjançant l’anàlisi de l’expressió gènica per RT-qPCR de les interleuquines IL-6, IL-1β i TNF-α); i (4) dany nuclear i en l’ADN (mitjançant l’anàlisi de l’expressió gènica per RT-qPCR de les quinases Chk1 i Chk2, i de l’expressió proteica per immunofluorescència de γH2AX i de la proteïna constitutiva de l l'embolcall nuclear, LB1). Els resultats obtinguts mostren: (1) increments significatius en l’expressió del marcador p16INK4a, particularment en neurones i microglia/macròfags localitzats en les regions principalment afectades per la isquèmia; (2) identificació de l’acumulació de lipofuscina i SA-β-gal restringida al teixit cerebral infartat; (3) sobreexpressió dels marcadors de SASP, IL-6, IL-1β y TNF-α a les 24 h de reperfusió; (4) sobreexpressió de Chk1 i Chk2 als 14 dies post isquèmia. Els nostres resultats recolzen l’existència de senescència cel·lular cerebral darrera a l’ictus isquèmic experimental i proposen que les neurones i microglia/macròfags podrien ser uns potencials candidats a desenvolupar-la. El seu paper beneficiós o perjudicial en estes circumstàncies encara està per determinar, no obstant, seria possible hipotetitzar si la seua acumulació constituiria un mecanisme beneficiós que podria substituir la mort cel·lular en les cèl·lules implicades en la lesió isquèmica, o si, pel contrari, la seua acumulació podria contribuir a agreujar el dany neurològic que s’estableix de manera posterior a la isquèmia. És essencial, per tant, profunditzar en el coneixement del paper de la senescència de les cèl·lules cerebrals en la fisiopatologia de l’ictus isquèmic i, en conseqüència, en l’aplicació de teràpies senolítiques i/o senomòrfiques per a resoldre aquestes qüestions amb major garanties d’èxit.

The term 'senescence' is defined as a cellular state that is characterized by prolonged and irreversible cell cycle arrest, specific and pronounced secretory features, macromolecular damage, altered metabolism and resistance to cell death by apoptosis. The senescent state was initially proposed as a consequence of telomeric shortening that occurs in cells as they repeatedly enter the cell cycle, and was therefore associated with ageing. This process is referred to as ‘replicative cellular senescence'. However, in recent years, cellular senescence has emerged as an alternative mechanism to cell death, adopted by cells when subjected to prolonged periods of stressful intrinsic and extrinsic stimuli. This stress-induced senescence is known as ‘premature senescence’. In this context, the presence of DNA damage, mitochondrial dysfunction, oxidative stress or inflammatory processes could be mechanisms that trigger the senescent phenotype. These stressors that trigger premature senescence are also mechanisms underlying the pathophysiology of ischemic stroke. Given the considerable socio-economic burden of this type of stroke and the paucity of therapeutic options currently available, there is a pressing need to identify novel therapeutic targets in this field with a view to improving the neurological condition of stroke patients. Furthermore, senescent cells are characterized by their dual contribution. On the one hand, senescence can be seen as a beneficial process that helps to reduce the presence of damaged cells and restore tissue homeostasis. On the other hand, senescence-associated secretory phenotype (SASP) induced signalling to surrounding cells causes its aberrant accumulation to create a pro-inflammatory environment that favours and/or exacerbates disease development. For this reason, elucidating the existence of the senescent phenotype following a stressful event such as cerebral ischaemia could be a therapeutic approach of great interest in the context of cerebrovascular diseases. The present study aims to provide a spatio-temporal characterization of the senescent phenotype after experimental ischaemic stroke and to elucidate the pathways and cell types involved in the development of senescence under these circumstances. Male Wistar rats were subjected to 60 minutes of transient focal ischemia using the transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) model, followed by 24 hours, 3, 7 and 14 days of reperfusion. After extraction of the brain tissue, the expression of the following markers of cellular senescence was determined: (1) cell cycle arrest (by analysing gene expression by RT-qPCR and protein expression by immunofluorescence of the cell cycle inhibitors p16INK4a and p21CIP/WAF1); (2) altered lysosomal activity (by studying lipofuscin accumulation, from Sudan Black B staining, and the presence of SA-β-gal activity); (3) SASP (by RT-qPCR gene expression analysis of the interleukins IL-6, IL-1β and TNF-α); and (4) nuclear and DNA damage (by analysing gene expression by RT-qPCR of Chk1 and Chk2 kinases, and protein expression by immunofluorescence of γH2AX and constitutive nuclear envelope protein, LB1). The results obtained demonstrate: (1) significant increases in the expression of the p16INK4a marker, particularly in neurons and microglia/macrophages located in the regions predominantly affected by ischaemia; (2) identification of lipofuscin and SA-β-gal accumulation restricted to infarcted brain tissue; (3) overexpression of SASP markers, IL-6, IL-1β and TNF-α at 24 h after reperfusion; (4) overexpression of Chk1 and Chk2 at 14 days post-ischemia. Our findings support the existence of brain cell senescence after experimental ischemic stroke and propose that neurons and microglia/macrophages may be potential candidates for developing this cellular state. Their beneficial or detrimental role in these circumstances is yet to be determined, however, it would be possible to hypothesize whether their accumulation may serve as a beneficial mechanism that could substitute cell death in cells involved in ischemic injury. Conversely, it is also possible that their accumulation could contribute to the aggravation of the neurological damage that is established post-ischaemia. It is therefore crucial to enhance our comprehension of the role of brain cell senescence in the pathophysiology of ischaemic stroke and, consequently, in the implementation of senolytic and/or senomorphic therapies to resolve these issues with a greater assurance of success.

3 - Salut i Benestar