Understanding and targeting mitochondria to counteract cellular senescene: elucidation of novel senotherapies

Abstract

The pathologic role of senescent cells is well established in a variety of diseases. Despite the ample evidence that mitochondria play a central role in cellular senescence, the understanding of the adaptations in the mitochondria of senescent cells is rather superficial. In this work, we have characterized that senescent cells display a substantial increase in mitochondrial mass and mtDNA copies, coupled to reduced mitochondrial membrane potential, increased ROS levels and hyperfusion. Comparative proteomic analyses showed significant changes in the composition and quantity of mitochondrial proteins, in particular, increased levels of proteins related to fatty acid β-oxidation and ATP synthesis. Our results demonstrate the involvement of the mtdsRNA/MAVS/MFN1 axis as an important source of the inflammatory phenotype of senescent cells. Inhibition of mitochondrial RNA polymerase, dsRNA sensors, MAVS or MFN1 result in SASP reduction. Our study further identified PPIF/CypD as a promising senolytic target through CRISPR/Cas9-based screening, whose inhibition has shown efficiency in eliminating senescent cells. Altogether, these findings identify potential senescence mitochondrial vulnerabilities and open new avenues for treating senescence-associated disorders.

El papel patológico de las células senescentes está bien establecido en una variedad de enfermedades. A pesar de la amplia evidencia sobre el papel central que las mitocondrias desempeñan en la senescencia celular, la comprensión de las adaptaciones en las mitocondrias de las células senescentes es bastante superficial. En este trabajo hemos caracterizado que las células senescentes muestran un aumento sustancial en la masa mitocondrial y copias de ADN mitocondrial, junto con un potencial de membrana mitocondrial reducido, niveles aumentados de ROS e hiperfusión. Los análisis proteómicos mostraron cambios significativos en la composición y cantidad de proteínas mitocondriales, en particular, mayores niveles de proteínas relacionadas con la β-oxidación de ácidos grasos y la síntesis de ATP. Nuestros resultados demuestran la participación del eje mtRNA bicatenario(bc)/MAVS/MFN1 como una fuente importante del fenotipo inflamatorio de las células senescentes. La inhibición de la ARN polimerasa mitocondrial, los sensores de RNAbc, MAVS o MFN1 todos resultan en una reducción del SASP. Nuestro estudio identificó además PPIF/CypD como un objetivo senolítico prometedor a través de la detección basada en CRISPR/Cas9, cuya inhibición ha demostrado eficiencia en la eliminación de células senescentes. En conjunto, estos hallazgos identifican posibles vulnerabilidades mitocondriales en células senescentes y abren nuevas vías para el tratamiento de los trastornos asociados a la senescencia.