Cellular parabiosis: the role of cell-to-cell communication in phenotypic suppression

Croatian Science Foundation (2020-2023)

Coordinator: MedILS (lead Katarina Trajković)

Partners: Nortwestern Univesity, IRB

Healthy aging is one of the most important goals of the contemporary society from the medical and economical perspectives. Thus, major research efforts are directed towards identifying molecular mechanisms of aging with the aim to develop strategies for attenuating aging. The main objective of our proposed project is to tackle promising, but insufficiently explored concept that cell-to-cell communication plays an important role in delaying onset of age-related diseases. We aim to unambiguously demonstrate and describe mechanistically the phenomenon of phenotypic suppression of individual cells' dysfunction by the healthy subpopulation of surrounding cells, a process which we refer to as cellular parabiosis. To that end, a subpopulation of cells with various aberrant phenotypes will be grown in monocultures or in co-cultures with intact, healthy cells, and their phenotypes under these two conditions will be assessed and compared using fluorescent microscopy and flow cytometry. Aberrant phenotypes will be initiated before coculturing by oxidative and proteotoxic stress, DNA-damaging radiation, by allowing cells to reach senescence or by genetic mutations underlying Niemann Pick type C neurodegeneration. Furthermore, DNA damage will be triggered directly in preexisting co-cultures using X-ray microbeam. We expect to detect amelioration of aberrant phenotypes in affected cells grown in co-cultures as compared to those grown in monocultures. Finally, we will identify cell-to-cell communication tools mediating cellular parabiosis in relation to specific
aberrations. Clear demonstration and mechanistical description of the central role of cellular parabiosis as a natural protective principle will open possibilities for development of an innovative approach to prevention of multiple age-related phenotypes taroetino cell-to-cell communication.

Naziv projekta: Stanična parabioza: uloga međustanične komunikacije u fenotipskoj supresiji

Voditelj: Katarina Trajkovic

Suradnik/ci: Jelena Nikolić,Marina Rudan,Tatjana Paunesku Paunesku,Silva Katušić Hećimović,Miroslav Radman,Lea Vidatić,Sara Trifunović ,Danea Jonjic,

Trajanje: 01.01.2020 - 31.12.2023

Status: U tijeku

Vrijednost: 999.510,00 Kn

Znanstveno područje i polje: Prirodne znanosti / Biologija,

Ustanova: Mediteranski institut za istraživanje života, Split

Ključne riječi: fenotipska supresija, stres, senescencija, starenje, stanična heterogenost, neurodegeneracija, radiation, mikrozraka, međustanična komunikacija

Sažetak: Zdravo starenje jedan je od najvećih društvenih izazova suvremenog društva i s medicinskog i ekonomskog stajališta. Utvrđivanje molekularnih mehanizama starenja s ciljem razvoja strategija za njegovo usporavanje područje je intenzivnog istraživanja. Glavni cilj ovdje predloženog projekta je rješavanje nedovoljno istraženog koncepta da komunikacija između stanica igra važnu ulogu u odgađanju nastanka bolesti povezanih sa starenjem. Cilj nam je jednoznačno demonstrirati i mehanistički opisati fenomen fenotipske supresije disfunkcije pojedinačnih stanica kroz komunikaciju sa zdravom subpopulacijom okolnih stanica. Taj process nazivamo staničnom parabiozom. U tu svrhu, subpopulacija stanica s različitim aberantnim fenotipovima će se uzgajati u monokulturama ili u ko-kulturi s intaktnim, zdravim stanicama, a njihovi fenotipovi u ova dva stanja će se analizirati I usporediti upotrebom fluorescentne mikroskopije i protočne citometrije. Aberantni fenotipovi bit će inicirani prije ko-kultiviranja i to oksidativnim i proteotoksičnim stresom, zračenjem koje oštećuje DNK, uzgajanjem stanica do senescencije ili genskim mutacijama tipičnim za Niemann Pick neurodegeneraciju tipa C, kao i tretiranjem stanica koje su već u ko-kulturi vrlo prezicnim zračenjem pomoću X-ray mikrozrake. Očekujemo da ćemo otkriti poboljšanje aberantnih fenotipova u pogođenim stanicama koje rastu u ko-kulturama u usporedbi s onima koje se uzgajaju u monokulturama. Konačno, identificirat ćemo kojim mehanizmima stanice međusobno komuniciraju tijekom stanične parabioze ovisno o specifičnom izvoru oštećenja stanice. Jasna demonstracija i mehanistički opis središnje uloge stanične parabioze kao prirodnog zaštitnog principa otvorit će mogućnosti za razvoj inovativnih pristupa prevenciji višestrukih fenotipova povezanih sa starenjem usmjerenih na međustaničnu komunikaciju.