High-throughput identification of polymeric compounds that affect human vascular cell senescence

Abstract

Senescência celular é a incapacidade das células em prosseguir no ciclo celular, permanecendo metabolicamente ativas, mas sendo incapazes de proliferar. Durante o envelhecimento ocorre uma acumulação contínua de células senescentes que pode impedir a reparação dos tecidos e o normal funcionamento dos órgãos. Consequentemente, ocorre uma diminuição da resposta dos tecidos ao stress, aumentando o risco de desenvolvimento de doenças relacionadas com o envelhecimento. Por conseguinte, nos últimos 5 anos, vários investigadores têm vindo a utilizar compostos farmacológicos que visam ativar vias apoptóticas em células senescentes (senolíticos), ou inibir a expressão dos fenótipos prejudiciais destas células (senomórficos).As doenças cardiovasculares (DCV) são uma das principais causas de mortalidade da população idosa na Europa. A aterosclerose é frequentemente associada a DCVs e pode levar a enfartes agudos do miocárdio e à ocorrência de acidentes vasculares cerebrais. Além disso, a aterosclerose tem sido igualmente associada à acumulação de células senescentes em regiões arteriais sujeitas a elevado fluxo sanguíneo. No entanto, os estudos acerca do uso de senoterapêuticos na área do envelhecimento cardiovascular são limitados.Nesta tese foram realizadas várias experiências que visaram avaliar o efeito de compostos potencialmente senoterapêuticos em células endoteliais vasculares. Com esse propósito, foi desenvolvida uma plataforma baseada na irradiação de monoculturas de células endoteliais. Dos vários compostos testados, ABT-263, com atividade senolítica noutras linhas celulares, demonstrou ser capaz de eliminar eficazmente células endoteliais vasculares senescentes, contudo, e após um considerável período de recuperação, este apresenta também uma elevada toxicidade em células não senescentes. Adicionalmente, este composto não demonstrou ter qualquer efeito em fibroblastos senescentes, sugerindo um modo de ação específico de acordo com o tipo celular. Esta plataforma foi também utilizada para testar uma biblioteca de 115 polímeros contendo grupos amina, sendo que dois destes polímeros revelaram grande atividade senolítica em células endoteliais vasculares. Tanto quanto é do nosso conhecimento, este trabalho foi pioneiro no estudo de polímeros enquanto compostos senolíticos promissores.Em suma, os resultados desta tese permitiram ampliar o espectro de compostos senolíticos disponíveis para estudar o envelhecimento do sistema cardiovascular, bem como abrir novas possibilidades terapêuticas para reverter os efeitos deletérios da senescência durante o envelhecimento e doenças relacionadas, como a aterosclerose.

Cellular senescence is a permanent state of cell growth arrest, in which cells remain metabolically active but are unable to proliferate. Increased senescent cell burden in various tissues, can disrupt tissue repair and organ function, leading to decreased stress resistance and increased risk of contracting age-related diseases. Therefore, in the last 5 years, researchers have used pharmacological compounds that specifically target senescent cells, in order to activate apoptotic pathways (senolytic) or inhibit the expression of deleterious phenotypes of senescent cells (senomorphic). Cardiovascular diseases (CVD) are one of the major mortality causes of the elderly population in Europe. Atherosclerosis is often coupled to CVDs and can lead to myocardial infarction and stroke. Moreover, it has been linked to the accumulation of senescent cells in artery regions with increased haemodynamic stress. However, the studies of senotherapeutic compounds in the field of cardiovascular aging are limited.In this thesis we performed screening experiments of several potentially senotherapeutic compounds in vascular endothelial cells. Here, we developed a platform to study the effects of senolytic and senomorphic compounds in senescent cells, through gamma irradiation. We have showed that ABT-263, a described senolytic, efficiently clears senescent vascular endothelial cells, but also leads to high toxicity in non-senescent cells after a considerate recovery period. Moreover, ABT-263 showed no effect in clearing senescent fibroblasts, proving that it is a cell type dependent senolytic compound.This platform was also used to screen a library of 115 amino-based polymers, identifying two polymers as having significant senolytic activity in vascular endothelial cells. To the best of our knowledge, this is the first time that polymers are studied as promising senolytic compounds.Overall the results present in this thesis have successfully broadened the spectrum of senolytic compounds available to study the aging of the cardiovascular system, as well as opened new therapeutic possibilities not only, to revert senescent deleterious effects during aging but also in the fight against atherosclerosis.