Identificazione di molecule capaci di ritardare l’invecchiamento e supportare il metabolismo delle cellule staminali/progenitrici renali

Human adult renal stem/progenitor cells (ARPCs), characterized by the co-expression of CD133+ and CD24+ antigens, play a pivotal role in maintaining kidney homeostasis and promoting regeneration in adult kidneys. However, their stem-like properties, including self-renewal, epithelial expansion, and differentiation, are susceptible to renal senescence. This biological process, strongly associated with aging, leads to irreversible cell cycle arrest triggered by factors such as telomere shortening, DNA damage, mitochondrial dysfunction, oncogenic signals, reactive oxygen species (ROS), and ionizing radiation. These mechanisms contribute to the progressive decline in ARPC functionality, impairing tissue repair capacity over time. A critical regulator of ARPC senescence is the long non-coding RNA HOTAIR, whose inhibition reduces CD133 expression and accelerates senescence while disrupting the secretion of the anti-aging protein α-Klotho. This study aimed to evaluate the potential of natural bioactive molecules to delay ARPC senescence and preserve their regenerative properties. ARPCs were treated for 48 hours with bioactive compounds. The tested compounds included nonanoic acid, 10-hydroxy-trans-2-decenoic acid, and valproic acid, either individually or in combination. Flow cytometry analysis revealed that treatments increased the expression of the anti-senescence marker CD133+, while β-galactosidase assays demonstrated a reduction in senescent cell numbers. Stimulation with decenoic acid and nonanoic acid further restored HOTAIR expression and enhanced α-Klotho secretion. Real time and Western blot analysis confirmed significant downregulation of senescence-associated markers p16, p53, and p21 following treatment. Moreover, we performed a whole-genome DNA methylation analysis of senescent ARPCs, treated and untreated with the antiaging molecules and we identified specific genomic regions, genes, promoters and CpG islands methylated by decenoic acid or nonanoic acid. In conclusion, this study highlights the potential of selected bioactive compounds to mitigate ARPC senescence, providing new insights into therapeutic approaches to delay renal aging, enhance renal stem cell metabolism, and improve outcomes in chronic kidney disease.

Le cellule staminali/progenitrici renali adulte umane (ARPC), caratterizzate dalla co-espressione degli antigeni CD133+ e CD24+, svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi renale e nella promozione della rigenerazione nei reni adulti. Tuttavia, le loro proprietà staminali, tra cui l'auto-rinnovamento, l'espansione epiteliale e la differenziazione, sono suscettibili alla senescenza renale. Questo processo biologico, fortemente associato all'invecchiamento, porta all'arresto irreversibile del ciclo cellulare innescato da fattori quali l'accorciamento dei telomeri, il danno al DNA, la disfunzione mitocondriale, i segnali oncogeni, le specie reattive dell'ossigeno (ROS) e le radiazioni ionizzanti. Questi meccanismi contribuiscono al progressivo declino della funzionalità delle ARPC, compromettendo nel tempo la capacità di riparazione dei tessuti. Un regolatore critico della senescenza delle ARPC è il lungo RNA non codificante HOTAIR, la cui inibizione riduce l'espressione di CD133 e accelera la senescenza interrompendo al contempo la secrezione della proteina anti-invecchiamento α-Klotho. Questo studio mirava a valutare il potenziale delle molecole bioattive naturali per ritardare la senescenza delle ARPC e preservare le loro proprietà rigenerative. Le ARPC sono state trattate per 48 ore con composti bioattivi. I composti testati includevano acido nonanoico, acido 10-idrossi-trans-2-decenoico e acido valproico, singolarmente o in combinazione. L'analisi della citometria a flusso ha rivelato che i trattamenti hanno aumentato l'espressione del marcatore anti-senescenza CD133+, mentre i test della β-galattosidasi hanno dimostrato una riduzione del numero di cellule senescenti. La stimolazione con acido decenoico e acido nonanoico ha ulteriormente ripristinato l'espressione di HOTAIR e migliorato la secrezione di α-Klotho. L'analisi in tempo reale e Western blot ha confermato una significativa downregulation dei marcatori associati alla senescenza p16, p53 e p21 dopo il trattamento. Inoltre, abbiamo eseguito un'analisi di metilazione del DNA dell'intero genoma di ARPC senescenti, trattati e non trattati con le molecole anti-invecchiamento e abbiamo identificato regioni genomiche specifiche, geni, promotori e isole CpG metilate dall'acido decenoico o dall'acido nonanoico. In conclusione, questo studio evidenzia il potenziale di composti bioattivi selezionati per mitigare la senescenza di ARPC, fornendo nuove intuizioni sugli approcci terapeutici per ritardare l'invecchiamento renale, migliorare il metabolismo delle cellule staminali renali e migliorare i risultati nella malattia renale cronica.