Mitochondria-to-nucleus retrograde signaling drives formation of cytoplasmic chromatin and inflammation in senescence

生物 细胞生物学 线粒体 逆行信号 衰老 染色质 DNA损伤 氧化磷酸化 信号转导 促炎细胞因子 磷酸化 炎症 生物化学 基因 DNA 免疫学
作者
Maria Grazia Vizioli,Tianhui Liu,Karl N. Miller,Neil Robertson,Kathryn Gilroy,Anthony B. Lagnado,Arantxa Pérez‐García,Christos Kiourtis,Nirmalya Dasgupta,Xue Lei,Patrick Krüger,Colin Nixon,William Clark,Diana Jurk,Thomas G. Bird,João F. Passos,Shelley L. Berger,Zhixun Dou,Peter D. Adams
出处
期刊:Genes & Development [Cold Spring Harbor Laboratory]
卷期号:34 (5-6): 428-445 被引量:237
标识
DOI:10.1101/gad.331272.119
摘要

Cellular senescence is a potent tumor suppressor mechanism but also contributes to aging and aging-related diseases. Senescence is characterized by a stable cell cycle arrest and a complex proinflammatory secretome, termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP). We recently discovered that cytoplasmic chromatin fragments (CCFs), extruded from the nucleus of senescent cells, trigger the SASP through activation of the innate immunity cytosolic DNA sensing cGAS–STING pathway. However, the upstream signaling events that instigate CCF formation remain unknown. Here, we show that dysfunctional mitochondria, linked to down-regulation of nuclear-encoded mitochondrial oxidative phosphorylation genes, trigger a ROS–JNK retrograde signaling pathway that drives CCF formation and hence the SASP. JNK links to 53BP1, a nuclear protein that negatively regulates DNA double-strand break (DSB) end resection and CCF formation. Importantly, we show that low-dose HDAC inhibitors restore expression of most nuclear-encoded mitochondrial oxidative phosphorylation genes, improve mitochondrial function, and suppress CCFs and the SASP in senescent cells. In mouse models, HDAC inhibitors also suppress oxidative stress, CCF, inflammation, and tissue damage caused by senescence-inducing irradiation and/or acetaminophen-induced mitochondria dysfunction. Overall, our findings outline an extended mitochondria-to-nucleus retrograde signaling pathway that initiates formation of CCF during senescence and is a potential target for drug-based interventions to inhibit the proaging SASP.
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