background image

1

1

Cellular senescence of granulosa cells in the pathogenesis of polycystic ovary syndrome

2

3

Running title:

 

Cellular senescence and senolytics in PCOS

4

5

Tsurugi Tanaka, Yoko Urata, Miyuki Harada

*

, Chisato Kunitomi, Akari Kusamoto, Hiroshi Koike, 

6

Zixin Xu, Nanoka Sakaguchi, Chihiro Tsuchida, Airi Komura, Ayaka Teshima, Nozomi Takahashi, 

7

Osamu Wada-Hiraike, Yasushi Hirota, Yutaka Osuga

8

9

Department of Obstetrics and Gynecology, Faculty of Medicine, The University of Tokyo, Tokyo 

10

113-8655, Japan

11

12

*Correspondence address: 

Miyuki Harada, Department of Obstetrics and Gynecology, Faculty of 

13

Medicine, The University of Tokyo, 7-3-1, Hongo, Bunkyo, Tokyo 113-8655, Japan. Tel: +81-3-

14

3815-5411; Fax: +81-3-3816-2017; E-mail: 

haradam-tky@umin.ac.jp

15

ORCID: 

https://orcid.org/

 0000-0003-1071-5600

Page 2 of 65

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

© The Author(s) 2024. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and 
Embryology. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 
License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), which permits non-commercial reuse, distribution, and reproduction in 
any medium, provided the original work is properly cited. For commercial re-use, please contact journals.permissions@oup.com. 

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

2

16

Abstract

17

18

Polycystic ovary syndrome (PCOS) is one of the most common endocrine disorders in women of 

19

reproductive  age,  but  its  pathology  has  not  been  fully  characterized  and  the  optimal  treatment 

20

strategy remains unclear. Cellular senescence is a permanent state of cell-cycle arrest that can be 

21

induced by multiple stresses. Senescent cells contribute to the pathogenesis of various diseases, 

22

owing  to  an  alteration  in  secretory  profile,  termed  ‘senescence-associated  secretory  phenotype’ 

23

(SASP),  including  with  respect  to  pro-inflammatory  cytokines.  Senolytics,  a  class  of  drugs  that 

24

selectively eliminate senescent cells, are now being used clinically, and a combination of dasatinib 

25

and  quercetin  (DQ)  has  been  extensively  used  as  a  senolytic.  We  aimed  to  investigate  whether 

26

cellular senescence is involved in the pathology of PCOS and whether DQ treatment has beneficial 

27

effects  in  patients  with  PCOS.  We  obtained  ovaries  from  patients  with  or  without  PCOS,  and 

28

established a mouse model of PCOS by injecting dehydroepiandrosterone. The expression of the 

29

senescence markers p16

INK4a

, p21, p53, 

γ

H2AX, and senescence-associated 

β-galactosidase

 

(SA-β-

30

gal);  and  the  SASP-related  factor  interleukin  (IL)-6;  were  significantly  higher  in  the  ovaries  of 

31

patients with PCOS and PCOS mice than in controls. To evaluate the effects of hyperandrogenism 

Page 3 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

3

32

and DQ on cellular senescence 

in vitro,

 we stimulated cultured human granulosa cells (GCs) with 

33

testosterone  and  treated  them  with  DQ.  The  expression  of  markers  of  senescence  and  a  SASP-

34

related  factor  was  increased  by  testosterone,  and  DQ  reduced  this  increase.  DQ  reduced  the 

35

expression of markers of senescence and a SASP-related factor in the ovaries of PCOS mice and 

36

improved  their  morphology.  These  results  indicate  that  cellular  senescence  occurs  in  PCOS. 

37

Hyperandrogenism causes cellular senescence in GCs in PCOS and senolytic treatment reduces the 

38

accumulation of senescent GCs and improves ovarian morphology under hyperandrogenism. Thus, 

39

DQ might represent a novel therapy for PCOS.

40

41

Keywords: 

cellular senescence, senolytic, polycystic ovary syndrome, dasatinib, quercetin, p16

INK4a

42

p21, 

γH2AX,

 senescence-associated 

β-galactosidase,

 senescence-associated secretory phenotype

43

Page 4 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

4

44

Introduction

45

46

Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common hormonal disorder in women, 

47

affecting 6%–10% of women of reproductive age (McCartney and Marshall, 2016). PCOS causes 

48

~80%  of  cases  of  anovulatory  infertility  (Balen

  et  al.

,  2016),  and  is  also  characterized  by 

49

hyperandrogenemia, obesity, impaired glucose tolerance, and abnormal lipid metabolism. PCOS is 

50

a heterogeneous condition, and according to the Rotterdam criteria, is present if two of the three 

51

following features are present: hyperandrogenism, ovulatory dysfunction, and polycystic ovarian 

52

morphology  (Rotterdam  ESHRE/ASRM-Sponsored  PCOS  Consensus  Workshop  Group,  2004). 

53

The  characteristic  morphological  features  of  polycystic  ovaries  are  the  accumulation  of  antral 

54

follicles  of  5–8  mm  and  follicular  growth  failure  (Franks

  et  al.

,  2000;  Franks

  et  al.

,  2008).  Its 

55

pathophysiology has not been well characterized, but various mechanisms, including endoplasmic 

56

reticulum (ER) stress (Harada, 2022; Koike

 et al.

, 2023), oxidative stress (Zeber-Lubecka

 et al.

57

2023), and abnormal inflammation and immunity (Lima

 et al.

, 2018) have been implicated. Women 

58

with PCOS have high serum concentrations of pro-inflammatory molecules, such as tumor necrosis 

59

factor 

(TNF)-α,

 interleukin (IL)-1, IL-6, and IL-18 (Kaya

 et al.

, 2010; Alissa

 et al.

, 2021; Mazloomi

 

Page 5 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

5

60

et al.

, 2023).

61

Although the pathogenesis of PCOS has not been fully characterized, androgen excess has 

62

been shown to be a key component (Walters

 et al.

, 2018), and findings made in a number of animal 

63

models created through the administration of androgen are consistent with this (Elia

 et al.

, 2006; 

64

Manneras

 et al.

, 2007; Corrie

 et al.

, 2021). For example, dehydroepiandrosterone (DHEA)-treated 

65

mice  develop  polycystic  ovaries  (Elia

  et  al.

,  2006);  an  estrus  cycle  disorder;  a  high  circulating 

66

luteinizing  hormone  (LH)  concentration  (Zhang  H.

  et  al.

,  2023);  and  a  metabolic  phenotype 

67

comprising  insulin  resistance,  hypertriglyceridemia,  and  a  high  serum  low-density  lipoprotein-

68

cholesterol concentration (Li

 et al.

, 2023). In addition, human and animal studies have shown that 

69

the etiology of PCOS involves genetic, epigenetic, and metabolic factors; inflammatory processes; 

70

and ER stress (Bednarska and Siejka, 2017; Harada, 2022; Koike

 et al.

, 2023).

71

Cellular  senescence  is  defined  as  a  cellular  state  that  is  induced  by  certain  insults  and 

72

physiological  processes;  and  is  characterized  by  prolonged  and  generally  irreversible  cell-cycle 

73

arrest, an altered secretory profile, macromolecular damage, and altered metabolism (Gorgoulis

 et 

74

al.

, 2019). Cellular senescence occurs in response to cellular damage or stress (Munoz-Espin and 

75

Serrano, 2014) associated with genotoxic drugs, oncogenic stress, oxidative stress, irradiation, or 

Page 6 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

6

76

ER  stress  (Gorgoulis

  et  al.

,  2019).  Senescent  cells  secrete  senescence-associated  secretory 

77

phenotype (SASP) -related factors, which play a role in the crosstalk between senescent cells and 

78

their neighbors. SASP-related factors include many immune mediators, such as 

TNF-α,

 

IL-1α/β,

 

79

IL-6, IL-8, and tissue remodeling factors, including transforming growth factor 

(TGF)-β

 and matrix 

80

metalloproteinases  (Tchkonia

  et  al.

,  2013;  Gorgoulis

  et  al.

,  2019).  The  SASP  is  a  hallmark  of 

81

senescent  cells  and  mediates  many  of  their  pathophysiological  effects  (Gorgoulis

  et  al.

,  2019; 

82

Harries, 2023), such as in aging and chronic diseases including lung fibrosis (Barnes

 et al.

, 2019), 

83

osteoarthritis  (Coryell

  et  al.

,  2021),  age-related  macular  degeneration  (Lee

  et  al.

,  2021), 

84

neurodegeneration (Carreno

 et al.

, 2021), chronic kidney disease (Goligorsky, 2020), and diabetes 

85

(Palmer

  et  al.

,  2019).  To  date,  no  specific  marker  of  cellular  senescence  has  been  identified 

86

(Hernandez-Segura

  et  al.

,  2017),  and  therefore  cellular  senescence  can  only  be  defined  using  a 

87

combination of multiple factors and features.

88

Two  principal  signaling  pathways  are  responsible  for  the  initiation  and  maintenance  of 

89

senescence-associated cell-cycle arrest: the p53–p21–retinoblastoma protein (RB) and p16

INK4a

–RB 

90

pathways (Childs

 et al.

, 2017; Gorgoulis

 et al.

, 2019). Markers of cellular senescence include high 

91

expression of p16

INK4a

 and p21; high 

SA-β-gal

 activity; high expression of SASP-related factors, 

92

such as IL-6, IL-8, 

IL-1α,

 and 

TGF-β-1

 (Childs

 et al.

, 2017; Gorgoulis

 et al.

, 2019; Harries, 2023); 

Page 7 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

7

93

and DNA damage mediators, such as 

γH2AX

 (Hewitt

 et al.

, 2012; Kirkland and Tchkonia, 2017). 

94

A senolytic is an agent that induces the death of senescent cells, thereby eliminating them. Some 

95

senolytics, including a combination of dasatinib and quercetin (DQ), are undergoing clinical trials 

96

as  treatments  for  Alzheimer’s  disease  (Gonzales

  et  al.

,  2023),  idiopathic  pulmonary  fibrosis 

97

(Nambiar

 et al.

, 2023), and diabetic kidney disease (Hickson

 et al.

, 2019).

98

In the present study, we aimed to determine whether (a) granulosa cells (GCs) show a high 

99

level of senescence in PCOS; (b) hyperandrogenism induces cellular senescence in GCs; (c) 

100

hyperandrogenism induces the secretion of a SASP-related factor by GCs; and (d) DQ ameliorates 

101

PCOS in mice.

102

103

Materials and Methods

104

105

Human samples

106

Follicular fluid containing GCs was obtained from patients undergoing oocyte retrieval for 

107

IVF  at  the  University  of  Tokyo  Hospital,  Matsumoto  Ladies’  Clinic,  and  Phoenix  ART  Clinic. 

108

Informed written consent was obtained from all of the participants. PCOS was diagnosed according 

Page 8 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

8

109

to  the  Rotterdam  criteria  (Rotterdam  ESHRE/ASRM-Sponsored  PCOS  Consensus  Workshop 

110

Group,  2004).  The  inclusion  criteria  for  control  patients  were  a  normal  ovulatory  cycle,  no 

111

endocrinological abnormalities, and normal ovarian morphology, confirmed ultrasonographically. 

112

The basal mRNA expression of markers of senescence in GCs was measured in samples obtained 

113

from 12 control patients and 12 patients with PCOS, the characteristics of whom are shown in 

114

Table 1. There were no significant differences between the groups with respect to age, BMI, serum 

115

basal  FSH  concentration,  or  the  number  of  oocytes  retrieved;  whereas  the  serum  basal  LH 

116

concentration,  LH/FSH  ratio,  and  serum  anti-Müllerian  hormone  (AMH)  concentration  of  the 

117

patients with PCOS were significantly higher.

118

For  immunohistochemical  analysis,  ovaries  were  obtained  from  women  undergoing 

119

gynecological surgery. Informed written consent was obtained from all the participants. Normal 

120

ovaries  were  obtained  from  women  with  regular  menstrual  cycles,  who  were  not  undergoing 

121

hormonal  treatment,  and  who  underwent  radical  or  extended  hysterectomy  as  a  treatment  for 

122

carcinoma of the uterine cervix or endometrium. Ovaries were also obtained from patients with 

123

PCOS who were oligo- or anovulatory and who also underwent hysterectomy because of uterine 

124

cancer. The presence of polycystic ovaries was histologically confirmed. Four control ovaries and 

125

four  PCOS  ovaries  were  obtained  from  eight  different  patients  for  analysis.  There  was  no 

Page 9 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

9

126

significant difference in the age of the two groups, but the BMI of the patients with PCOS was 

127

higher: the median (range) ages were 38.0 years (27–46 years) and 27.0 years (24–36 years) (

p

 = 

128

0.1855); and the median (range) BMIs were 18.77 kg/m

2

 (16.80–20.96 kg/m

2

) and 28.54 kg/m

2

 

129

(25.97–31.96 kg/m

2

) (

p

 = 0.0007) for the control and PCOS groups, respectively 

130

All the experimental procedures were approved by the relevant institutional review board 

131

(authorization number: 3594-11). All the participants provided their written informed consent, and 

132

the study was conducted in accordance with the principles of the Declaration of Helsinki.

133

134

Animal model

135

We used a well-established mouse model of DHEA-induced PCOS (Elia

 et al.

, 2006; Koike

 

136

et  al.

,  2022).  Three-week-old  female  BALB/c  mice  were  obtained  from  Japan  SLC,  Inc. 

137

(Hamamatsu,  Japan).  First  to  characterize  the  accumulation  of  senescent  cells  in  the  ovaries  of 

138

PCOS mice, the animals were divided into two groups. The control group (n = 5) received daily 

139

subcutaneous (s.c.) injections of sesame oil for 20 days, whereas the PCOS group (n = 5) received 

140

daily s.c. injections of DHEA (60 mg/kg per day; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) for 20 days. 

141

The animals were anaesthetized with isoflurane and sacrificed by decapitation, and their ovaries 

Page 10 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

10

142

were collected on day 21. Next, to determine the effects of DQ on the cellular senescence of GCs 

143

of the PCOS mice, other animals were obtained and divided into three groups: a PCOS group, a 

144

PCOS + vehicle group, and a PCOS + DQ group. All three groups received daily s.c. injections of 

145

DHEA (60 mg/kg per day) for 20 days. The PCOS group (n = 6) received no oral treatment, the 

146

PCOS  +  vehicle  group  (n  =  6)  was  orally  administered  vehicle  (10%  polyethylene  glycol  400; 

147

Wako, Osaka, Japan), and the PCOS + DQ group (n = 6) was orally administered dasatinib (5 

148

mg/kg per day; Sigma-Aldrich) and quercetin (50 mg/kg per day; Sigma-Aldrich) on days 1, 6, 11, 

149

and 16. The ovaries of the mice were collected on day 21. Then, to determine the effect of DQ on 

150

the ovarian morphology of the PCOS mice, other mice were obtained and divided into four groups; 

151

a control group (n = 4), a PCOS group (n = 4), a PCOS+Vehicle group (n = 4) and a PCOS+DQ 

152

group (n = 4). All group mice were treated as described above and the ovaries of the mice were 

153

collected on day 21. All the animal procedures described were approved by the University of Tokyo 

154

Committee on the Use and Care of Animals (approval number: P21-005) and were performed in 

155

accordance with relevant guidelines and regulations, and the ARRIVE guideline 2.0 (Percie du Sert 

156

et al.

, 2020).

157

Page 11 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

11

158

RNA extraction, reverse transcription, and real-time quantitative PCR

159

RNA was extracted from the whole ovaries of mice using Isogen (Nippon Gene, Tokyo, 

160

Japan), then 1 

μg

 of each preparation was reverse transcribed using ReverTra Ace qPCR RT Master 

161

Mix,  with  genomic  DNA  remover  (Toyobo,  Osaka,  Japan),  in  a  volume  of  40 

μL.

  The  cDNA 

162

template  was  synthesized  from  human  GCs  using  a  SuperPrep  Cell  Lysis  &  RT  Kit  for  qPCR 

163

(Toyobo). To measure the expression of target mRNAs, quantitative real-time PCR was performed 

164

on  a  Light  Cycler  system  (Roche  Diagnostics  GmBH,  Mannheim,  Germany),  and  the  mRNA 

165

expression  levels  were  normalized  to  that  of  glyceraldehyde-3-phosphate  dehydrogenase 

166

(

GAPDH

), which served as the reference gene. The primer sequences are shown in Table 2. The 

167

PCR conditions were as follows: 40 cycles of 98 

 for 10 s, 60 

 for 10 s, and 68 

 for 30 s. 

168

169

Immunohistochemistry

170

Human and mouse ovaries were fixed in 10% v/v neutral-buffered formalin, embedded in 

171

paraffin,  and  sectioned  at  a  thickness  of  5 

μm.

  Antigen  retrieval  was  performed  using  Target 

172

Retrieval  Solution  (Dako,  Tokyo,  Japan).  Non-specific  binding  was  blocked  using  peroxidase-

173

blocking solution (Dako) for 5 min at room temperature. The ovarian sections were then incubated 

Page 12 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

12

174

with  anti-p16

INK4a

  (1:1,000,  RRID:  AB_2737282;  Abcam,  Cambridge,  UK),  anti-p21  (1:1,600, 

175

RRID: AB_2077682; Proteintech Group, Tokyo, Japan), anti-p53 (1:4,000, RRID: AB_2881401; 

176

Proteintech Group), 

anti-γH2AX

 (1:400, RRID: AB_2118009; Cell Signaling Technology, Danvers, 

177

MA, USA), or anti-IL-6 (1:3,000, RRID: AB_2881543; Proteintech Group) antibodies, or isotype-

178

specific  IgG

 

(RRID:  AB_737182;  Santa  Cruz  Biotechnology,  Dallas,  TX,  USA)  as  a  negative 

179

control, followed by secondary antibody (Real EnVision Detection System, RRID: AB_2888627; 

180

Dako).  Immunohistochemistry  was  performed  on  at  least  three  independent  occasions  using 

181

identical samples. The stained sections were examined using a BX50 microscope (Olympus, Tokyo, 

182

Japan), and ImageJ software (RRID: SCR_003073; National Institutes of Health, Bethesda, MD, 

183

USA) was used for their quantitative analysis of % of positive GCs area. (Schneider

 et al.

, 2012; 

184

Jensen EC, 2013; Varghese F et al., 2014).

185

186

Scoring of 

γH2AX

 immunoreactivity

187

To assess the protein expression of 

γH2AX

 we used the immunoreactive score (IS), since 

188

the intensity of 

γH2AX

 is considered to indicate the degree of DNA damage per cell (Mei

 et al.

189

2015).  After  immunohistochemical  staining  with  an 

anti-γH2AX

  antibody,  10  follicles  were 

Page 13 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

13

190

randomly selected from each of the control and PCOS groups. All of the GCs in a follicle were 

191

scored  according  to  their  staining  intensity  (0  (negative),  1  (weak  staining  =  light  yellow),  2 

192

(moderate staining = yellow brown), or 3 (strong positive = brown or black)) independently by two 

193

authors. The proportions of cells with each score were multiplied by the scores, and all these were 

194

added together to obtain the IS of a follicle.

195

196

Isolation and culture of human GCs

197

GCs were isolated as previously reported (Takahashi

 et al.

, 2019; Kunitomi

 et al.

, 2021). 

198

The  follicular  fluid  samples  were  centrifuged,  and  the  pellets  were  resuspended  in  phosphate-

199

buffered saline (PBS) containing 0.2% w/v hyaluronidase (Sigma-Aldrich) and incubated at 37 

 

200

for 30 min. The suspension was then centrifuged again at 400 × 

g

 for 30 min after being layered 

201

over Ficoll-Paque (GE Healthcare, Amersham, UK). The GCs were collected from the interface 

202

and washed with PBS, then cultured in 6-, 12-, or 48-well plates at densities of 5 × 10

4

, 5 × 10

5

, or 

203

2  ×  10

5

  cells/well,  respectively,  in  Dulbecco’s  modified  Eagle’s  medium/F-12  (DMEM/F-12; 

204

Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) containing 10% w/v fetal bovine serum (Sigma-

205

Aldrich)  and  antibiotics  (100  U/mL  penicillin,  0.1  mg/mL  streptomycin,  and  250  ng/mL 

Page 14 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

14

206

amphotericin B; Thermo Fisher Scientific). Prior to each experiment, the GCs were cultured for 

207

3–5 days at 37 

 in a humidified atmosphere containing 5% CO

2

.

208

209

Treatment of human GCs

210

At  the  beginning  of  the  study,  to  determine  the  most  appropriate  concentration  of 

211

testosterone to use in the assessment of markers of senescence, human GCs were treated with 5, 10, 

212

or 15 

μ

g/mL testosterone (Tokyo Chemical Industry Co., Tokyo, Japan) based on previous reports 

213

(Azhary

 et al.

, 2019) (Azhary

 et al.

, 2020) for 9 h, and then the protein expression of p21 was 

214

analyzed using western blotting

 

(Supplementary Figure S1). To evaluate the effects of testosterone 

215

on  the  markers  of  senescence  p16

INK4a

,  p21,  p53, 

γH2AX,

  and 

SA-β-gal;

  and  the  SASP-related 

216

factor IL-6; human GCs were treated with 15 

μ

g/mL testosterone. To evaluate the effects of DQ on 

217

cellular senescence, human GCs were concurrently incubated with 1 nM dasatinib, 10 

μ

M quercetin, 

218

and 15 

μ

g/mL testosterone for 24 h. The optimal concentration of DQ was chosen on the basis of 

219

that used in a previous study (Du

 et al.

, 2022).

220

221

Western blotting

Page 15 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

15

222

Human GCs were lysed in PhosphoSafe Extraction Reagent (Merck, Darmstadt, Germany) 

223

and then centrifuged at 16,000 × 

g

 for 5 min. The supernatants were collected, and their protein 

224

concentrations was measured using a Bio-Rad Protein Assay (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, 

225

USA).  Ten 

μg

  of  denatured  protein  were  loaded  per  lane  subjected  to  SDS-PAGE  and  then 

226

electrophoretically  transferred  to  polyvinylidene  difluoride  membranes  (Bio-Rad  Laboratories) 

227

using a Trans-Blot Turbo Transfer System (Bio-Rad Laboratories). After blocking with 5% w/v  

228

skim milk prepared in Tris-buffered saline containing 0.1% v/v Tween-20 at room temperature for 

229

1  h,  the  membranes  were  incubated  with  anti-p16

INK4a

  (1:500,  RRID:  AB_628067;  Santa  Cruz 

230

Biotechnology),  anti-p21  (1:1,000,  RRID:  AB_2077682;  Proteintech  Group),  anti-p53  (1:5,000, 

231

RRID:  AB_2881401;  Proteintech  Group), 

γH2AX

  (1:400,  RRID:  AB_2118009;  Cell  Signaling 

232

Technology), or 

anti-β-actin

 (1:10,000, RRID: AB_476697; Sigma-Aldrich) antibodies overnight 

233

at 4 

, and then with a secondary antibody (anti-rabbit antibody,

 

1:2000, RRID: AB_2099233; or 

234

anti-mouse antibody, 1:2000, RRID: AB_330924; Cell Signaling Technology) at room temperature 

235

for 1 h. Bands were visualized using ECL Plus western blotting detection reagents (GE Healthcare) 

236

and imaged on an ImageQuant LAS 4000 Mini luminescent image analyzer (GE Healthcare). 

β-

237

actin was used as the loading control. The intensities of the specific protein bands were quantified 

238

using ImageJ software (National Institutes of Health) (Schneider

 et al.

, 2012).

Page 16 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

16

239

240

SA-β-gal

 staining

241

Staining for 

SA-β-gal

 activity was performed as previously described (Dimri

 et al.

, 1995; 

242

Serrano

 et al.

, 1997). After treatment, GCs cultured in 6-well plates were washed with PBS (pH 

243

7.5), fixed in 3% w/v formaldehyde for 15 min, washed twice, and then stained with fresh 

SA-β-

244

gal staining solution (PBS (pH 6.0) containing 1 mg/mL X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indoly 

β-D-

245

glucopyranoside;  Wako),  1  mM  MgCl

2

,  5  mM  potassium  ferricyanide,  and  5  mM  potassium 

246

ferrocyanide) for 3–4 h at 37 

 in the absence of CO

2

. The stained cells were examined using an 

247

IX70 microscope (Olympus).

248

249

Measurement of IL-6 concentration

250

The  concentrations  of  human  IL-6  in  follicular  fluid  samples  and  culture  media  were 

251

measured  using  ELISA  kits  (R  &  D  systems,  Minneapolis,  MN,  USA),  according  to  the 

252

manufacturer’s instructions. Absorbance was measured at 450 nm using a Synergy LX multi-mode 

253

reader (BioTek, Winooski, VT, USA). The sensitivity of the assay was 0.7 pg/mL, and the intra- 

254

and  interassay  coefficients  of  variation  for  the  ELISA  kit  were  7.9  ±  0.8%  and  6.5  ±  0.8%, 

Page 17 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

17

255

respectively.

256

257

Histology

258

Human and mouse ovaries were fixed in 10% v/v neutral-buffered formalin, embedded in 

259

paraffin, and sectioned at a thickness of 5 

μm.

 The sections were stained with hematoxylin and 

260

eosin, and the number of atretic antral follicles were counted in every sixth section across the entire 

261

ovary, as previously described (Azhary

 et al.

, 2020). To ensure that each atretic antral follicle was 

262

only counted once, the adjacent sections were also analyzed. Atretic follicles were identified by the 

263

presence of shrunken granulosa cell walls and cumulus cells or their absence, the hyperplasia of 

264

theca cells, and the presence of macrophages in the antrum (Osman, 1985; Kauffman

 et al.

, 2015).

265

266

Statistical analysis

267

Statistical analyses were performed using JMP Pro 16 software (RRID: SCR_022199; SAS 

268

Institute  Inc.,  Cary,  NC,  USA).  All  data  are  summarized  as  mean  ±  standard  error  of  the  mean 

269

(SEM) or median (range). Two groups were compared using Student’s t-test, and one-way ANOVA 

270

followed by Tukey-Kramer honest significant difference test was used for multiple comparisons. 

p

 

Page 18 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

18

271

< 0.05 was considered to represent statistical significance.

272

273

Results

274

275

Senescent GCs accumulate in patients with PCOS

276

To  determine  whether  senescence  is  upregulated  in  the  GCs  of  patients  with  PCOS,  we 

277

measured the mRNA expression of the markers of senescence p16

INK4a

, p21, and p53 in the GCs 

278

of control patients and those with PCOS using quantitative real-time PCR. The mRNA expression 

279

of 

p16

INK4a

, p21, 

and

 p53 

in isolated GCs from patients with PCOS was 2.27-, 1.68-, and 3.52-fold 

280

higher  (

p

  =  0.0110,  0.0330,  and  0.0012),  respectively,  than  those  in  GCs  from  control  patients 

281

(Figure 1A). Subsequently, we performed immunohistochemical analysis of the ovaries from the 

282

patients with or without PCOS to evaluate the protein expression of these markers. Two or three 

283

antral follicles were randomly selected from each ovarian section for quantitative analysis and the 

284

immunoreactivities of p16

INK4a

, p21, and p53 in the GCs of ovaries from patients with PCOS were 

285

1.72-, 1.96-, and 1.78-fold higher (

p

 = 0.0067, 0.0021, and 0.0002), respectively, than those of 

286

controls (Figure 1B–E). These findings indicate that cellular senescence is induced in the GCs of 

Page 19 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

19

287

patients with PCOS.

288

289

Senescent cells accumulate in the ovaries of PCOS mice

290

Next, we measured the expression of markers of senescence in the ovaries of PCOS mice. 

291

Quantitative real-time PCR analysis demonstrated that the mRNA expression of 

p16

INK4a

, p21,

 and

 

292

p53

 in the ovaries of PCOS mice was 1.61-, 1.68-, and 1.44-fold higher (

p

 = 0.0319, 0.0864, and 

293

0.0439),  respectively,  than  that  of  control  mice  (Figure  2A).  Immunohistochemical  analysis 

294

revealed that the protein expression of p16

INK4a

, p21, p53, and 

γH2AX

 in the GCs of PCOS mice 

295

was 1.55-, 1.72-, 1.67-, and 1.43-fold higher (

= 0.0017, 0.0007, 0.0008, and 0.0003), respectively, 

296

than that of controls. (Figure 2B–F). These findings indicate that cellular senescence is upregulated 

297

in the GCs of PCOS mice, in accordance with the findings in women with PCOS.

298

299

Testosterone induces cellular senescence in cultured human GCs

300

To determine whether the accumulation of senescent cells in the GCs of patients with PCOS 

301

is associated with hyperandrogenism, we measured the protein expression of markers of senescence 

302

following  the  treatment  of  cultured  human  GCs  with  testosterone.  To  determine  the  most 

Page 20 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

20

303

appropriate concentration of testosterone for use in the assessment of senescence markers, human 

304

GCs were treated with 5, 10, or 15, 

μ

g/mL testosterone, and the protein expression of p21 was 

305

analyzed. The protein expression of p21 was increased more significantly by treatment with 15 

306

μ

g/mL  testosterone  (by  1.33-fold, 

p

  <  0.01;  Supplementary  Figure  S1).  Therefore,  we  used  15 

307

μ

g/mL  testosterone  treatment  as  a  model  of  hyperandrogenism  in  cultured  human  GCs  in 

308

subsequent experiments. Testosterone stimulation significantly increased the protein expression of 

309

p16

INK4a

, p21, p53, and 

γH2AX

 by 1.41-, 1.33-, 1.30-, and 1.43-fold (

p

 < 0.0001, = 0.0006, 0.0003, 

310

and 0.0025), respectively (Figure 3A–D). We also conducted 

SA-β-gal

 staining to further evaluate 

311

the effect of testosterone on cellular senescence. As shown in Figure 3E, 

SA-β-gal

 activity was 

312

increased by testosterone treatment. These results indicate that local hyperandrogenism in the ovary 

313

causes the upregulation of senescence in human GCs.

314

315

DQ reduces the testosterone-induced senescence of, and secretion of 

SASP

-related substances by 

316

cultured human GCs

317

Next, to determine the effects of DQ on testosterone-induced senescence, we concurrently 

318

incubated human GCs with testosterone and DQ for 24 h. DQ reduced the testosterone-induced 

Page 21 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

21

319

increase in p16

INK4a

 and p21 protein by 0.65- and 0.78-fold (

p

 = 0.0548 and 0.0001), respectively 

320

(Figure  4A,B).  To  further  investigate  the  effect  of  DQ  on  cellular  senescence,  we  assessed  the 

321

secretion  of  IL-6,  which  is  known  to  be  a  pro-inflammatory  SASP-related  factor  and  to  be 

322

upregulated in the ovaries of PCOS mice (Van Deursen, 2014; Shi

 et al.

, 2023). We measured the 

323

concentrations of IL-6 in conditioned medium using ELISA, and found that testosterone stimulation 

324

upregulates  that  by  1.99-fold  (

p

  =  0.0451),  and  concurrent  incubation  with  DQ  reduces  the 

325

testosterone-induced upregulation of IL-6 by 0.35-fold (

p

 = 0.0344) (Figure 4C). Pretreatment with 

326

DQ similarly reduced testosterone-induced senescence and IL-6 production of GCs (Supplementary 

327

Figure S2). 

328

329

DQ reduces the senescence of, and secretion of SASP-related molecules by, GCs of PCOS mice; 

330

and restores their ovarian morphology

331

To determine whether DQ treatment affects the senescence of GCs 

in vivo

, we administered 

332

DQ to PCOS mice and evaluated the protein expression of markers of senescence and a SASP-

333

related factor in their ovaries by immunohistochemical analysis. The protein expression of p16

INK4a

334

p21, p53, and IL-6 in GCs from PCOS mice with DQ administration was reduced by 0.35-, 0.54-, 

Page 22 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

22

335

0.50-,  and  0.49-fold  (

p

  =  0.0012,  0.0002,  0.0001,  and  0.0018),  respectively, 

vs

.  vehicle-treated 

336

mice; and those that were vehicle-treated did not significantly differ from those that were untreated 

337

(

p

 = 0.9900, 0.6148, 0.2260, and 0.6293, respectively) (Figure 5A–E). Next, to determine the effect 

338

of DQ on the ovarian morphology of PCOS mice, the numbers of atretic follicles were counted. As 

339

shown in Figure 6, the number of atretic follicles in PCOS mice treated with DQ was 0.58-fold 

340

lower than that in PCOS+Vehicle mice (

p

 = 0.0128); and that of the PCOS mice was 1.57-fold 

341

higher than that of control mice (

p

 = 0.0135), which did not differ from that of the PCOS+Vehicle 

342

mice (

p

 = 0.9221). These findings suggest that DQ treatment reduces the cellular senescence of and 

343

IL-6 production by GCs, and restores the ovarian morphology of PCOS mice.

344

345

Discussion

346

347

In the present study, we have made the following findings. (a) In human GCs from patients 

348

with PCOS, the expression of p16

INK4a

, p21, and p53 is high at both the mRNA and protein levels. 

349

(b)  In  PCOS  mice,  the  ovarian  mRNA  expression  of  p16

INK4a

,  p21,  and  p53  and  the  protein 

350

expression  of  p16

INK4a

,  p21,  p53,  and 

γH2AX

  of  GCs  are  high.  (c)  In  isolated  human  GCs, 

Page 23 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

23

351

testosterone induces the protein expression of p16

INK4a

, p21, p53, and 

γH2AX,

 and increases 

SA-β-

352

gal staining. (d) In isolated human GCs, the senolytic combination DQ reduces the testosterone-

353

induced protein expression of p16

INK4a

, p21, and IL-6. (e) In PCOS mice, DQ treatment reduces the 

354

protein expression of p16

INK4a

, p21, p53, and IL-6 in GCs and the number of atretic follicles. These 

355

results  suggest  that  cellular  senescence  and  the  SASP-related  factor  IL-6  are  involved  in  the 

356

pathogenesis of PCOS.

357

We found that the expression of the cellular senescence markers p16

INK4a

, p21, p53, and 

358

γH2AX

 in GCs was high in patients with PCOS and PCOS mice. Cellular senescence has been 

359

reported to affect ovarian function; and in mice, insulin resistance reduces the ovarian reserve by 

360

causing  the  senescence  of  GCs  (Gao

  et  al.

,  2023).  Furthermore,  in  one  previous  study,  an 

361

association between cellular senescence and PCOS was identified; exosomal miR-424-5p derived 

362

from the follicular fluid of patients with PCOS induces the senescence of COV434 and KGN cells 

363

(Yuan

  et  al.

,  2021).  However,  no  previous  studies  have  demonstrated  the  existence  of  cellular 

364

senescence in the ovaries of patients with PCOS or characterized the mechanism underpinning the 

365

increase in cellular senescence in PCOS. In the present study, we have demonstrated that cellular 

366

senescence is upregulated in the GCs of patients with PCOS or PCOS mice.

Page 24 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

24

367

We  found  that  local  hyperandrogenism  induces  the  protein  expression  of  the  cellular 

368

senescence markers p16

INK4a

, p21, p53, and 

γH2AX

 in, and the 

SA-β-gal

 activity of, human GCs. 

369

These results suggest that local hyperandrogenism in PCOS induces the cellular senescence of GCs, 

370

but  the  underlying  mechanism  requires  to  be  defined.  Local  hyperandrogenism  in  PCOS  may 

371

directly  induce  the  cellular  senescence  of  GCs.  It  has  been  reported  that  androgen  receptor 

372

activation is linked to the induction of cellular senescence in some cancer cells, including thyroid 

373

(Gupta

  et  al.

,  2023)  and  prostate  (Mirochnik

  et  al.

,  2012)  cancer  cells.  Alternatively, 

374

hyperandrogenism may induce the senescence of GCs 

via

 the activation of ER stress. It has been 

375

reported that ER stress induces the senescence of several types of cells. In alveolar epithelial cells 

376

(AECs), epoxyeicosatrienoic acids, which are downstream metabolites of arachidonic acid, inhibit 

377

ER stress and alleviate AEC senescence (Zhang CY.

 et al.

, 2023); and in breast cancer cells, oroxin 

378

A  induces  cellular  senescence  through  the  activation  of  ER  stress  (He

  et  al.

,  2016).  ER  stress 

379

pathways  are  activated  in  the  GCs  of  women  with  PCOS  and  androgen-administered  mice 

380

(Takahashi

 et al.

, 2017; Jin

 et al.

, 2020; Harada, 2022), and hyperandrogenism in the follicular 

381

microenvironment is an activator of ER stress in human (Azhary

 et al.

, 2019) and mice (Jin

 et al.

382

2020) GCs.

383

We found that the senolytic combination DQ ameliorated the androgen-induced increases in the 

Page 25 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

25

384

expression of cellular senescence markers and the SASP-related factor IL-6 in GCs 

in vitro

 and 

in 

385

vivo

. Dasatinib, which is  used for  the  treatment of  chronic  myeloid  leukemia, is  an inhibitor  of 

386

several receptor tyrosine kinases (Montero

 et al.

, 2011; Nieto

 et al.

, 2023). Regarding its senolytic 

387

potential, dasatinib reduces the number of senescent preadipocytes following exposure to ionizing 

388

radiation (Zhu

 et al.

, 2015) and reduces the cardiac expression of p16 in a mouse model of type 2 

389

diabetes  mellitus  (Gu

  et  al.

,  2023).  Quercetin  is  a  flavonol  of  vegetable  origin  that  has 

390

pharmacological effects, including antioxidant, anti-inflammatory, and anti-senescence effects. It 

391

has effects through the inhibition of the PI3K/AKT pathway (Olave

 et al.

, 2010; Bruning, 2013). 

392

Regarding its senolytic effects, quercetin eliminates the senescence of HUVEC cells (Zhu

 et al.

393

2015) and radioresistant HT500 cells (Russo

 et al.

, 2023); inhibits the SASP-related production of 

394

IL-6, IL-8, and MMPs by nucleus pulposus cells (Shao

 et al.

, 2021); and inhibits the production of 

395

IL-8  by  radioresistant  HT500  cells  (Russo

  et  al.

,  2023).  Interestingly,  DQ  treatment  before 

396

testosterone also reduced the testosterone-induced expression of cellular senescence markers and 

397

the SASP-related factor IL-6 in GCs as shown in Supplementary Figure S2. Taken together, the 

398

senolytic  combination  DQ  may  ameliorate  the  androgen-induced  cellular  senescence  both  by 

399

eliminating  cellular  senescence  induced  by  testosterone  and  by  converting  the  function  of 

400

testosterone in induction of cellular senescence.

Page 26 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

26

401

Zhu reported that the DQ combination reduces cellular senescence in tissues involved in 

402

the etiology of multiple chronic disorders, because it targets multiple senescence-associated anti-

403

apoptotic pathways (Zhu

 et al.

, 2015; Xu

 et al.

, 2018). Moreover, Xu reported that DQ reduces 

404

senescence; reduces the secretion of the pro-inflammatory cytokines IL-6, IL-8, MCP-1, PAI-1, and 

405

GM-CSF by human adipose tissue; alleviates physical dysfunction; and improves the survival of 

406

aged mice (Xu

 et al.

, 2018). Phase I clinical trials of this oral senolytic combination have been 

407

conducted in patients with Alzheimer’s disease (Gonzales

 et al.

, 2023) and idiopathic pulmonary 

408

fibrosis  (Nambiar

  et  al.

,  2023),  and  these  showed  that  this  approach  is  safe,  well-tolerated,  and 

409

feasible for patients. Another early clinical trial showed that treatment with DQ reduces senescence 

410

in the adipose tissue of patients with diabetic kidney disease (Hickson

 et al.

, 2020). Here, we have 

411

reported for the first time that DQ acts as senolytic with respect to the pathology of PCOS and 

412

reduces IL-6 secretion by GCs.

413

We have also demonstrated that the DQ treatment of PCOS mice improves their ovarian 

414

morphology. There have been some previous reports regarding the effects of quercetin on ovarian 

415

function and PCOS that did not evaluate cellular senescence. In a rat model of PCOS, quercetin 

416

ameliorated the abnormalities in ovulation through effects on C-type natriuretic peptide (CNP) and 

417

its receptor, natriuretic peptide receptor 2 (NPR2) (Zheng

 et al.

, 2022). In addition, two randomized, 

Page 27 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

27

418

double-blind,  placebo-controlled  clinical  trials  demonstrated  that  in  patients  with  PCOS,  oral 

419

quercetin  supplementation  ameliorates  adiponectin-mediated  insulin  resistance  and  hormonal 

420

abnormalities  (Rezvan

  et  al.

,  2017),  improves  the  oocyte  and  embryo  grade,  and  improves  the 

421

pregnancy rate (Vaez

 et al.

, 2023). However, there have been no previous studies of the use of 

422

quercetin as senolytic in PCOS. In the present study, the effects of DQ were determined 

in vitro 

in 

423

cultured GCs, and the findings suggest that the 

in vivo

 effects of DQ on the ovary may be at least 

424

in part direct and local. Therefore, cellular senescence may represent a novel therapeutic target in 

425

PCOS, and senolytics represent potential treatments for PCOS.

426

There were some limitations to the present study. First, quercetin may act as an antioxidant, 

427

and  thereby  reduce  hyperandrogenism-induced  IL-6  production  through  an  effect  on  reactive 

428

oxygen species, rather than through a senolytic effect. Second, although our 

in vitro 

findings

 

suggest 

429

that DQ has direct and local effects in the ovaries, it might also act indirectly, through systemic 

430

effects. Third, it is unclear whether DQ would be more effective than quercetin alone as a treatment 

431

for PCOS. Therefore, future studies should address this.

432

In conclusion, we have demonstrated that the senescence of GCs is greater in patients and 

433

PCOS mice, that testosterone induces senescence in cultured human GCs, and that DQ treatment 

Page 28 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

28

434

reduces  the  testosterone-induced  cellular  senescence  and  IL-6  production.  In  PCOS  mice,  DQ 

435

reduces the hyperandrogenism-induced senescence of GCs, reduces IL-6 expression, and improves 

436

ovarian morphology. IL-6 is thought to be a SASP-related factor in the pathophysiology of PCOS, 

437

and senolytics represent potential treatments for PCOS. However, further studies are required to 

438

clarify the mechanisms by which cellular senescence is induced and whereby DQ has its effects in 

439

PCOS.

440

441

Data availability 

442

The data relating to this article are available within the article and the online supplementary material.

443

444

Acknowledgements

445

The authors thank Dr Kazunori Matsumoto from the Matsumoto Ladies’ Clinic and Dr Toshihiro 

446

Fujiwara from the Phoenix ART Clinic for providing the human samples.

447

448

Page 29 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

29

449

Authors’ roles

450

T.T.  designed  and  performed  the  experiments,  analyzed  and  interpreted  the  data,  and  wrote  the 

451

article. Y.U. and M.H. conceived the work, analyzed and interpreted the data, and wrote the article. 

452

C.K. conceived the work and performed experiments. A.K., H.K., Z.X., N.S., C.T., A.K., and A.T. 

453

performed  experiments.  N.T.,  O.W.-H.,  Y.H.,  and  Y.O.  contributed  to  the  study  design,  data 

454

interpretation, and article revision.

455

456

Funding

457

This study was supported by the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) (grant numbers 

458

19k24045, 21k16808, 23k08816 (to Y.U.), 19k09749, 22k09614 (to M.H.), 21j12871 (to C.K.), 

459

19k24021, and 23k15803 (to N.T.)), the Takeda Science Foundation (grant awarded to M.H.), The 

460

Japan  Society  of  Fertility  Preservation  (grant  awarded  to  C.K.),  and  The  Japan  Society  for 

461

Menopause and Women’s Health (grant awarded to Y.U.).

462

463

Page 30 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

30

464

Conflict of interest

465

The authors declare no conflict of interest.

466

467

Figure legends

468

Figure  1.

  p16

INK4a

,  p21,  and  p53  are  upregulated  in  the  granulosa  cells  (GCs)  of  patients  with 

469

polycystic ovary syndrome (PCOS). (A) The expression of 

p16

INK4a

, p21, 

and

 p53 

mRNAs in GCs 

470

from control patients (n = 12) and those with PCOS (n = 12) was measured by quantitative real-

471

time PCR and normalized to that of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (

GAPDH)

. (B–D) 

472

Immunohistochemical analysis was performed on GCs in the antral follicles of ovaries from control 

473

patients  (n  =  4)  and  those  with  PCOS  (n  =  4).  Cross-sections  of  ovaries,  stained  with  (B)  anti-

474

p16

INK4a

,  (C)  anti-p21,  and  (D)  anti-p53  antibodies,  and  counterstained  with  hematoxylin.  (E) 

475

Corresponding  negative  control.  For  the  panels  (c),  two  or  three  antral  follicles  were  randomly 

476

selected  from  each  ovary  (total  8  antral  follicles  per  group)  for  quantitative  analysis  of 

477

immunohistochemical staining. Representative images and data are shown. Scale bars: 50.0 µm. 

478

Values are mean ± SEM, and the mean differences are analyzed using Student’s t-test. *

p

 < 0.05 

479

and **

p

 < 0.01. GC, granulosa cell layer; GCs, granulosa cells; NC, negative control.

Page 31 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

31

480

481

Figure  2.

  p16

INK4a

,  p21,  p53,  and 

γH2AX

  are  upregulated  in  the  ovaries  of  polycystic  ovary 

482

syndrome (PCOS) mice. (A) The mRNA expression of 

p16

INK4a

, p21,

 and 

p53 

in whole ovaries 

483

from control mice (n = 4) and those from PCOS mice (n = 4) was measured by quantitative real-

484

time  PCR  and  normalized  to  that  of  glyceraldehyde  3-phosphate  dehydrogenase  (

GAPDH) 

485

expression.

 (B–E) Immunohistochemical analysis was performed on the GCs in antral follicles of 

486

ovaries from control mice (n = 5) and those from PCOS mice (n = 5). Cross-sections of ovaries 

487

were stained with (B) anti-p16

INK4a

, (C) anti-p21, (D) anti-p53, and (E) 

anti-γH2AX

 antibodies, and 

488

counterstained with hematoxylin. (F) Corresponding negative control. Scale bars: 100 µm. (c) One 

489

or  two  antral  follicles  were  selected  from  each  ovary  (total  8  antral  follicles  per  group)  for 

490

quantitative  analysis  of  immunohistochemical  staining.  Values  are  mean  ±  SEM,  and  the  mean 

491

differences are analyzed using Student’s t-test. *

p

 < 0.05 and **

p

 < 0.01. GCs, granulosa cells; NC, 

492

negative control. We repeated experiments three times using different mice, and representative data 

493

are shown.

494

495

Figure 3.

 Effects of testosterone on the expression of markers of senescence in cultured human 

Page 32 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

32

496

granulosa  cells  (GCs).  Human  GCs  were  treated  with  testosterone  (15  µg/mL).  (A–D)  Protein 

497

expression  levels  of  p16

INK4a

,  p21,  p53,  and 

γH2AX

  in  cultured  human  GCs,  measured  using 

498

western blotting (n = 10). 

β-actin

 was used as a loading control. (b) Quantitative analysis of the 

499

western blots and (a) representative images are shown. All full-size, uncropped images of western 

500

blot used for analysis are shown in Supplementary Figure S3. Results are expressed relative to the 

501

mean control value. Values are mean ± SEM, the mean differences are analyzed using Student’s t-

502

test. *

p

 < 0.05 and **

p

 < 0.01. (E) 

SA-β-gal

 staining of human GCs. Scale bars: 200 µm. (A-E) The 

503

experiments were performed ten times using ten different women’s GCs, and representative images 

504

are shown. 

505

506

Figure  4.

  A  combination  of  dasatinib  and  quercetin  (DQ)  reduces  the  testosterone-induced 

507

senescence of, and secretion of a SASP-related factor by, human granulosa cells (GCs). Human 

508

GCs  were  treated  with  testosterone  (15  µg/mL),  dasatinib  (1  nM)  and  quercetin  (20  µM), 

509

concurrently for 24 h. The protein expression of (A) p16

INK4a

 and (B) p21 in cultured human GCs 

510

was analyzed using western blotting (n=5). 

β-actin

 was used as a loading control. (b) Quantitative 

511

analysis of the western blots using five different women’s GCs are expressed relative to the mean 

Page 33 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

33

512

control value, and (a) representative images are shown. All full-size, uncropped images of western 

513

blot  used  for  analysis  are  shown  in  Supplementary  Figure  S4.  (C)  Concentration  of  IL-6  in  the 

514

culture medium, measured by ELISA using six different women’s GCs. Values are mean ± SEM, 

515

and the mean differences were analyzed using one-way ANOVA followed by Tukey-Kramer honest 

516

significant difference test. *

p

 < 0.05 and **

p

 < 0.01. 

517

518

Figure 5.

 A combination of dasatinib and quercetin (DQ) treatment reduces the senescence of, and 

519

the secretion of a senescence-associated secretory phenotype (SASP)-related factor by, granulosa 

520

cells in the antral follicles of polcystic ovary syndrome (PCOS) mice. The mice were divided into 

521

three  groups,  which  were  subcutaneous  (s.c.)  injected  with  dehydroepiandrosterone  (DHEA  60 

522

mg/kg  per  day)  (PCOS,  n  =  6),  s.c.  injected  with  DHEA  and  orally  administered  vehicle  (10% 

523

polyethylene  glycol  400)  (PCOS  +  vehicle,  n  =  6),  or  s.c.  injected  with  DHEA  and  orally 

524

administered DQ (D: dasatinib 5 mg/kg per day, Q: quercetin 50 mg/kg per day) (PCOS + DQ, n = 

525

6).  Subcutaneous  injections  were  performed  daily  for  20  days,  and  oral  administration  was 

526

performed on days 1, 6, 11, and 16. Ovaries were collected on day 21. Cross-sections of ovaries 

527

were stained with (A) anti-p16

INK4a

, (B) anti-p21, (C) anti-p53, and (D) anti-IL-6 antibodies and 

Page 34 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

34

528

counterstained with hematoxylin. (d) One or two antral follicles were randomly selected from each 

529

ovary for quantitative analysis of the immunohistochemical staining (total 8 follicles per group). 

530

Values are mean ± SEM, and the mean differences were analyzed using one-way ANOVA followed 

531

by Tukey-Kramer honest significant difference test. **

p

 < 0.01. (E) Corresponding negative control. 

532

Scale bars: 100 µm. n.s., not significant; GCs, granulosa cells; NC, negative control. We repeated 

533

experiments three times using different mice, and representative images and data are shown.

534

535

Figure  6.

  A  combination  of  dasatinib  and  quercetin  (DQ)  treatment  restores  the  ovarian 

536

morphology of polycystic ovary syndrome (PCOS) mice. To evaluate the ovarian morphology, the 

537

mice were divided into four groups; control (n = 4), PCOS (n = 4), PCOS + vehicle (n = 4) and 

538

PCOS + DQ (n = 4). Control mice were subcutaneous (s.c.) injected with sesame oil, PCOS mice 

539

were s.c. injected with dehydroepiandrosterone (DHEA 60 mg/1 kg per day), PCOS + vehicle mice 

540

were s.c. injected with DHEA and orally administered vehicle (10% polyethylene glycol 400), and 

541

PCOS + DQ mice were s.c. injected with DHEA and orally administered DQ (D: dasatinib 5 mg/kg 

542

per day, Q: quercetin 50 mg/kg per day) . Subcutaneous injection was performed daily for 20 days 

543

and oral administration was performed on days 1, 6, 11, and 16. Ovaries were collected on day 21. 

Page 35 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

35

544

Cross-sections of ovaries were stained with hematoxylin and eosin. (A) 

 indicate atretic follicles. 

545

Scale bars: 500 µm. (B) The number of atretic follicles per ovary (four ovaries per group). Values 

546

are mean ± SEM, and the mean differences were analyzed using one-way ANOVA followed by 

547

Tukey-Kramer  honest  significant  difference  test.  n.s.,  not  significant;  *

p

  <  0.05.  We  repeated 

548

experiments three times using different mice, and representative images and data are shown.

549

550

References

551

552

Alissa  EM,  Algarni  SA,  Khaffji  AJ,  and  Al  Mansouri  NM.  Role  of  inflammatory  markers  in 

553

polycystic ovaries syndrome: In relation to insulin resistance. 

J Obstet Gynaecol Res. 2021

554

47(4): 1409-1415.

555

Azhary JMK, Harada M, Kunitomi C, Kusamoto A, Takahashi N, Nose E, Oi N, Wada-Hiraike O, 

556

Urata  Y,  Hirata  T,  et  al.  Androgens  Increase  Accumulation  of  Advanced  Glycation  End 

557

Products  in  Granulosa  Cells  by  Activating  ER  Stress  in  PCOS. 

Endocrinology.  2020

558

161(2): bqaa015

559

Azhary JMK, Harada M, Takahashi N, Nose E, Kunitomi C, Koike H, Hirata T, Hirota Y, Koga K, 

Page 36 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

36

560

Wada-Hiraike O,  et al. Endoplasmic  Reticulum Stress Activated by  Androgen Enhances 

561

Apoptosis of Granulosa Cells via Induction of Death Receptor 5 in PCOS. 

Endocrinology. 

562

2019

; 160(1): 119-132.

563

Balen AH, Morley LC, Misso M, Franks S, Legro RS, Wijeyaratne CN, Stener-Victorin E, Fauser 

564

BC, Norman RJ, and Teede H. The management of anovulatory infertility in women with 

565

polycystic ovary syndrome: an analysis of the evidence to support the development of global 

566

WHO guidance. 

Hum Reprod Update. 2016

; 22(6): 687-708.

567

Barnes PJ, Baker J, and Donnelly LE. Cellular Senescence as a Mechanism and Target in Chronic 

568

Lung Diseases. 

Am J Respir Crit Care Med. 2019

; 200(5): 556-564.

569

Bednarska S, and Siejka A. The pathogenesis and treatment of polycystic ovary syndrome: What's 

570

new? 

Adv Clin Exp Med. 2017

; 26(2): 359-367.

571

Bruning  A.  Inhibition  of  mTOR  signaling  by  quercetin  in  cancer  treatment  and  prevention. 

572

Anticancer Agents Med Chem. 2013

; 13(7): 1025-1031.

573

Carreno  G,  Guiho  R,  and  Martinez-Barbera  JP.  Cell  senescence  in  neuropathology:  A  focus  on 

574

neurodegeneration and tumours. 

Neuropathol Appl Neurobiol. 2021

; 47(3): 359-378.

575

Childs BG, Gluscevic M, Baker DJ, Laberge RM, Marquess D, Dananberg J, and van Deursen JM. 

576

Senescent  cells:  an  emerging  target  for  diseases  of  ageing. 

Nat  Rev  Drug  Discov.  2017

Page 37 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

37

577

16(10): 718-735.

578

Corrie L, Gulati M, Singh SK, Kapoor B, Khursheed R, Awasthi A, Vishwas S, Chellappan DK, 

579

Gupta  G,  Jha  NK,  et  al.  Recent  updates  on  animal  models  for  understanding  the 

580

etiopathogenesis of polycystic ovarian syndrome. 

Life Sci. 2021

; 280: 119753.

581

Coryell PR, Diekman BO, and Loeser RF. Mechanisms and therapeutic implications of cellular 

582

senescence in osteoarthritis. 

Nat Rev Rheumatol. 2021

; 17(1): 47-57.

583

Dimri GP, Lee X, Basile G, Acosta M, Scott G, Roskelley C, Medrano EE, Linskens M, Rubelj I, 

584

Pereira-Smith O, et al. A biomarker that identifies senescent human cells in culture and in 

585

aging skin in vivo. 

Proc Natl Acad Sci U S A. 1995

; 92(20): 9363-9367.

586

Du D, Tang X, Li Y, Gao Y, Chen R, Chen Q, Wen J, Wu T, Zhang Y, Lu H, et al. Senotherapy 

587

Protects  against  Cisplatin-Induced  Ovarian  Injury  by  Removing  Senescent  Cells  and 

588

Alleviating DNA Damage. 

Oxid Med Cell Longev. 2022

; 2022: 9144644.

589

Elia  E,  Sander  V,  Luchetti  CG,  Solano  ME,  Di  Girolamo  G,  Gonzalez  C,  and  Motta  AB.  The 

590

mechanisms  involved  in  the  action  of  metformin  in  regulating  ovarian  function  in 

591

hyperandrogenized mice. 

Mol Hum Reprod. 2006

; 12(8): 475-481.

592

Franks S, Mason H, and Willis D. Follicular dynamics in the polycystic ovary syndrome. 

Mol Cell 

593

Endocrinol. 2000

; 163(1-2): 49-52.

Page 38 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

38

594

Franks S, Stark J, and Hardy K. Follicle dynamics and anovulation in polycystic ovary syndrome. 

595

Hum Reprod Update. 2008

; 14(4): 367-378.

596

Gao H, Gao L, Rao Y, Qian L, Li M, and Wang W. The Gengnianchun recipe attenuates insulin 

597

resistance-induced  diminished  ovarian  reserve  through  inhibiting  the  senescence  of 

598

granulosa cells. 

Front Endocrinol (Lausanne). 2023

; 14: 1133280.

599

Goligorsky MS. Chronic Kidney Disease: A Vicarious Relation to Premature Cell Senescence. 

Am 

600

J Pathol. 2020

; 190(6): 1164-1171.

601

Gonzales MM, Garbarino VR, Kautz TF, Palavicini JP, Lopez-Cruzan M, Dehkordi SK, Mathews 

602

JJ, Zare H, Xu P, Zhang B, et al. Senolytic therapy in mild Alzheimer's disease: a phase 1 

603

feasibility trial. 

Nat Med. 2023

; 29(10): 2481-2488.

604

Gorgoulis V, Adams PD, Alimonti A, Bennett DC, Bischof O, Bishop C, Campisi J, Collado M, 

605

Evangelou K, Ferbeyre G, et al. Cellular Senescence: Defining a Path Forward.

 Cell. 2019

606

179(4): 813-827.

607

Gu  Y,  Avolio  E,  Alvino  VV,  Thomas  AC,  Herman  A,  Miller  PJ,  Sullivan  N,  Faulkner  A,  and 

608

Madeddu P. The tyrosine kinase inhibitor Dasatinib reduces cardiac steatosis and fibrosis in 

609

obese, type 2 diabetic mice. 

Cardiovasc Diabetol. 2023

; 22(1): 214.

610

Gupta A, Carnazza M, Jones M, Darzynkiewicz Z, Halicka D, O'Connell T, Zhao H, Dadafarin S, 

Page 39 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

39

611

Shin E, Schwarcz MD, et al. Androgen Receptor Activation Induces Senescence in Thyroid 

612

Cancer Cells. 

Cancers (Basel). 2023

; 15(8): 2198.

613

Harada  M.  Pathophysiology  of  polycystic  ovary  syndrome  revisited:  Current  understanding  and 

614

perspectives regarding future research. 

Reprod Med Biol. 2022

; 21(1): e12487.

615

Harries  LW.  Dysregulated  RNA  processing  and  metabolism:  a  new  hallmark  of  ageing  and 

616

provocation for cellular senescence. 

FEBS J. 2023

; 290(5): 1221-1234.

617

He J, Du L, Bao M, Zhang B, Qian H, Zhou Q, and Cao Z. Oroxin A inhibits breast cancer cell 

618

growth by inducing robust endoplasmic reticulum stress and senescence. 

Anticancer Drugs. 

619

2016

; 27(3): 204-215.

620

Hernandez-Segura A, de Jong TV, Melov S, Guryev V, Campisi J, and Demaria M. Unmasking 

621

Transcriptional Heterogeneity in Senescent Cells. 

Curr Biol. 2017

; 27(17): 2652-2660.e4.

622

Hewitt G, Jurk D, Marques FD, Correia-Melo C, Hardy T, Gackowska A, Anderson R, Taschuk M, 

623

Mann  J,  and  Passos  JF.  Telomeres  are  favoured  targets  of  a  persistent  DNA  damage 

624

response in ageing and stress-induced senescence. 

Nat Commun. 2012

; 3: 708.

625

Hickson LJ, Langhi Prata LGP, Bobart SA, Evans TK, Giorgadze N, Hashmi SK, Herrmann SM, 

626

Jensen  MD,  Jia  Q,  Jordan  KL,  et  al.  Senolytics  decrease  senescent  cells  in  humans: 

627

Preliminary  report  from  a  clinical  trial  of  Dasatinib  plus  Quercetin  in  individuals  with 

Page 40 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

40

628

diabetic kidney disease. 

EBioMedicine. 2019

; 47: 446-456.

629

Jensen EC. Quantitative analysis of histological staining and fluorescence using ImageJ. Anat Rec 

630

(Hoboken). 2013; 296(3): 378-381.

631

Jin J, Ma Y, Tong X, Yang W, Dai Y, Pan Y, Ren P, Liu L, Fan HY, Zhang Y, et al. Metformin 

632

inhibits  testosterone-induced  endoplasmic  reticulum  stress  in  ovarian  granulosa  cells  via 

633

inactivation of p38 MAPK. 

Hum Reprod. 2020

; 35(5): 1145-1158.

634

Kauffman AS, Thackray VG, Ryan GE, Tolson KP, Glidewell-Kenney CA, Semaan SJ, Poling MC, 

635

Iwata N, Breen KM, Duleba AJ, et al. A Novel Letrozole Model Recapitulates Both the 

636

Reproductive and Metabolic Phenotypes of Polycystic Ovary Syndrome in Female Mice. 

637

Biol Reprod. 2015

; 93(3): 69.

638

Kaya C, Pabuccu R, Berker B, and Satiroglu H. Plasma interleukin-18 levels are increased in the 

639

polycystic  ovary  syndrome:  relationship  of  carotid  intima-media  wall  thickness  and 

640

cardiovascular risk factors. 

Fertil Steril. 2010

; 93(4): 1200-1207.

641

Kirkland JL,  and  Tchkonia  T.  Cellular Senescence: A  Translational  Perspective. 

EBioMedicine. 

642

2017

; 21: 21-28.

643

Koike H, Harada M, Kusamoto A, Kunitomi C, Xu Z, Tanaka T, Urata Y, Nose E, Takahashi N, 

644

Wada-Hiraike  O,  et  al.  Notch  Signaling  Induced  by  Endoplasmic  Reticulum  Stress 

Page 41 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

41

645

Regulates  Cumulus-Oocyte  Complex  Expansion  in  Polycystic  Ovary  Syndrome. 

646

Biomolecules. 2022

; 12(8): 1037.

647

Koike  H,  Harada  M,  Kusamoto  A,  Xu  Z,  Tanaka  T,  Sakaguchi  N,  Kunitomi  C,  Azhary  JMK, 

648

Takahashi N, Urata Y, et al. Roles of endoplasmic reticulum stress in the pathophysiology 

649

of polycystic ovary syndrome. 

Front Endocrinol (Lausanne). 2023

; 14: 1124405.

650

Kunitomi C, Harada M, Kusamoto A, Azhary JM, Nose E, Koike H, Xu Z, Urata Y, Takahashi N, 

651

Wada-Hiraike  O,  et  al.  Induction  of  aryl  hydrocarbon  receptor  in  granulosa  cells  by 

652

endoplasmic reticulum stress contributes to pathology of polycystic ovary syndrome. 

Mol 

653

Hum Reprod. 2021

; 27(3): gaab003.

654

Lee  KS,  Lin  S,  Copland  DA,  Dick  AD,  and  Liu  J.  Cellular  senescence  in  the  aging  retina  and 

655

developments of senotherapies for age-related macular degeneration. 

J Neuroinflammation. 

656

2021

; 18(1): 32.

657

Li R, Hu R, Huang Y, Li D, Ma X, and Yang Y. Astragalus polysaccharide alleviates polycystic 

658

ovary  syndrome  by  reducing  insulin  resistance  and  oxidative  stress  and  increasing  the 

659

diversity of gut microbiota. 

Endocrine. 2023

.

660

Lima  PDA,  Nivet  AL,  Wang  Q,  Chen  YA,  Leader  A,  Cheung  A,  Tzeng  CR,  and  Tsang  BK. 

661

Polycystic ovary syndrome: possible involvement of androgen-induced, chemerin-mediated 

Page 42 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

42

662

ovarian recruitment of monocytes/macrophages. 

Biol Reprod. 2018

; 99(4): 838-852.

663

Manneras L, Cajander S, Holmang A, Seleskovic Z, Lystig T, Lonn M, and Stener-Victorin E. A 

664

new  rat  model  exhibiting  both  ovarian  and  metabolic  characteristics  of  polycystic  ovary 

665

syndrome.

 Endocrinology. 2007

; 148(8): 3781-3791.

666

Mazloomi S, Barartabar Z, and Pilehvari S. The Association Between Increment of Interleukin-1 

667

and  Interleukin-6  in  Women  with  Polycystic  Ovary  Syndrome  and  Body  Mass  Index. 

668

Reprod Infertil. 2023

; 24(1): 26-34.

669

McCartney CR, and Marshall JC. CLINICAL PRACTICE. Polycystic Ovary Syndrome. 

N Engl J 

670

Med. 2016

; 375(1): 54-64.

671

Mei L, Hu Q, Peng J, Ruan J, Zou J, Huang Q, Liu S, and Wang H. Phospho-histone H2AX is a 

672

diagnostic and prognostic marker for epithelial ovarian cancer. 

Int J Clin Exp Pathol. 2015

673

8(5): 5597-5602.

674

Mirochnik Y, Veliceasa D, Williams L, Maxwell K, Yemelyanov A, Budunova I, and Volpert OV. 

675

Androgen receptor drives cellular senescence. 

PLoS One. 2012

; 7(3): e31052.

676

Montero JC, Seoane S, Ocana A, and Pandiella A. Inhibition of SRC family kinases and receptor 

677

tyrosine kinases by dasatinib: possible combinations in solid tumors. 

Clin Cancer Res. 2011

678

17(17): 5546-5552.

Page 43 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

43

679

Munoz-Espin D, and Serrano M. Cellular senescence: from physiology to pathology. 

Nat Rev Mol 

680

Cell Biol. 2014

; 15(7): 482-496.

681

Nambiar A, Kellogg D 3rd, Justice J, Goros M, Gelfond J, Pascual R, Hashmi S, Masternak M, 

682

Prata L, LeBrasseur N, et al. Senolytics dasatinib and quercetin in idiopathic pulmonary 

683

fibrosis:  results  of  a  phase  I,  single-blind,  single-center,  randomized,  placebo-controlled 

684

pilot trial on feasibility and tolerability. 

EBioMedicine. 2023

; 90: 104481.

685

Nieto M, Konisgberg M, and Silva-Palacios A. Quercetin and dasatinib, two powerful senolytics in 

686

age-related cardiovascular disease. 

Biogerontology

2023

.

687

Olave NC, Grenett MH, Cadeiras M, Grenett HE, and Higgins PJ. Upstream stimulatory factor-2 

688

mediates  quercetin-induced  suppression  of  PAI-1  gene  expression  in  human  endothelial 

689

cells.

 J Cell Biochem. 2010

; 111(3): 720-726.

690

Osman P. Rate and course of atresia during follicular development in the adult cyclic rat. 

J Reprod 

691

Fertil. 1985

; 73(1): 261-270.

692

Palmer AK, Gustafson B, Kirkland JL, and Smith U. Cellular senescence: at the nexus between 

693

ageing and diabetes. 

Diabetologia. 2019

; 62(10): 1835-1841.

694

Percie du Sert N, Hurst V, Ahluwalia A, Alam S, Avey MT, Baker M, Browne WJ, Clark A, Cuthill 

695

IC, Dirnagl U, et al. The ARRIVE guidelines 2.0: Updated guidelines for reporting animal 

Page 44 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

44

696

research. 

PLoS Biol. 2020

;18(7): e3000410.

697

Rezvan N, Moini A, Janani L, Mohammad K, Saedisomeolia A, Nourbakhsh M, Gorgani-Firuzjaee 

698

S,  Mazaherioun  M,  and  Hosseinzadeh-Attar  MJ.  Effects  of  Quercetin  on  Adiponectin-

699

Mediated  Insulin  Sensitivity  in  Polycystic  Ovary  Syndrome:  A  Randomized  Placebo-

700

Controlled Double-Blind Clinical Trial. 

Horm Metab Res. 2017

; 49(2): 115-121.

701

Rotterdam  ESHRE/ASRM-Sponsored  PCOS  Consensus  Workshop  Group.  Revised  2003 

702

consensus  on  diagnostic  criteria  and  long-term  health  risks  related  to  polycystic  ovary 

703

syndrome. 

Fertil Steril. 2004

; 81(1): 19-25.

704

Russo M, Moccia S, Luongo D, and Russo GL. Senolytic Flavonoids Enhance Type-I and Type-II 

705

Cell Death in Human Radioresistant Colon Cancer Cells through AMPK/MAPK Pathway. 

706

Cancers (Basel). 2023

; 15(9): 2660.

707

Schneider CA, Rasband WS, and Eliceiri KW. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. 

708

Nat Methods. 2012

; 9(7): 671-675.

709

Serrano M, Lin AW, McCurrach ME, Beach D, and Lowe SW. Oncogenic ras provokes premature 

710

cell senescence associated with accumulation of p53 and p16INK4a. 

Cell. 1997

; 88(5): 593-

711

602.

712

Shao Z, Wang B, Shi Y, Xie C, Huang C, Chen B, Zhang H, Zeng G, Liang H, Wu Y, et al. Senolytic 

Page 45 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

45

713

agent Quercetin ameliorates intervertebral disc degeneration via the Nrf2/NF-kappaB axis. 

714

Osteoarthritis Cartilage. 2021

; 29(3): 413-422.

715

Shi XJ, Du Y, Chen L, Chen YY, Luo M, and Cheng Y. Treatment of polycystic ovary syndrome 

716

and its associated psychiatric symptoms with the Mongolian medicine Nuangong Qiwei Pill 

717

and macelignan. 

J Ethnopharmacol. 2023

; 317: 116812.

718

Takahashi N, Harada M, Hirota Y, Nose E, Azhary JM, Koike H, Kunitomi C, Yoshino O, Izumi 

719

G, Hirata T, et al.  Activation of Endoplasmic Reticulum  Stress in Granulosa Cells from 

720

Patients with Polycystic Ovary Syndrome Contributes to Ovarian Fibrosis. 

Sci Rep. 2017

721

7(1): 10824.

722

Takahashi N, Harada M, Azhary JMK, Kunitomi C, Nose E, Terao H, Koike H, Wada-Hiraike O, 

723

Hirata T, Hirota Y, et al. Accumulation of advanced glycation end products in follicles is 

724

associated with poor oocyte developmental competence. 

Mol Hum Reprod. 2019

; 25(11): 

725

684-694.

726

Tchkonia  T,  Zhu  Y,  van  Deursen  J,  Campisi  J,  and  Kirkland  JL.  Cellular  senescence  and  the 

727

senescent secretory phenotype: therapeutic opportunities.

 J Clin Invest. 2013

; 123(3): 966-

728

972.

729

Vaez S, Parivr K, Amidi F, Rudbari NH, Moini A, and Amini N. Quercetin and polycystic ovary 

Page 46 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

46

730

syndrome;  inflammation,  hormonal  parameters  and  pregnancy  outcome:  A  randomized 

731

clinical trial. 

Am J Reprod Immunol. 2023

; 89(3): e13644.

732

Varghese  F,  Bukhari  AB,  Malhotra  R,  and  De  A.  IHC  Profiler:  an  open  source  plugin  for  the 

733

quantitative evaluation and automated scoring of immunohistochemistry images of human 

734

tissue samples. PLoS One. 2014; 9(5): e96801.

735

van Deursen JM. The role of senescent cells in ageing. 

Nature. 2014

; 509(7501): 439-446.

736

Walters  KA,  Gilchrist  RB,  Ledger  WL,  Teede  HJ,  Handelsman  DJ,  and  Campbell  RE.  New 

737

Perspectives  on  the  Pathogenesis  of  PCOS:  Neuroendocrine  Origins. 

Trends  Endocrinol 

738

Metab. 2018

; 29(12): 841-852.

739

Xu M, Pirtskhalava T, Farr JN, Weigand BM, Palmer AK, Weivoda MM, Inman CL, Ogrodnik 

740

MB,  Hachfeld  CM,  Fraser  DG,  et  al.  Senolytics  improve  physical  function  and  increase 

741

lifespan in old age. 

Nat Med. 2018

; 24(8): 1246-1256.

742

Yuan D, Luo J, Sun Y, Hao L, Zheng J, and Yang Z. PCOS follicular fluid derived exosomal miR-

743

424-5p induces granulosa cells senescence by targeting CDCA4 expression. 

Cell Signal. 

744

2021

; 85: 110030.

745

Zeber-Lubecka N, Ciebiera M, and Hennig EE. Polycystic Ovary Syndrome and Oxidative Stress-

746

From Bench to Bedside. 

Int J Mol Sci. 2023

; 24(18): 14126.

Page 47 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

47

747

Zhang CY, Zhong WJ, Liu YB, Duan JX, Jiang N, Yang HH, Ma SC, Jin L, Hong JR, Zhou Y, et 

748

al. EETs alleviate alveolar epithelial cell senescence by inhibiting endoplasmic reticulum 

749

stress through the Trim25/Keap1/Nrf2 axis. 

Redox Biol. 2023

; 63: 102765.

750

Zhang H, Zheng L, Li C, Jing J, Li Z, Sun S, Xue T, Zhang K, Xue M, Cao C, et al. Effects of gut 

751

microbiota  on  omega-3-mediated  ovary  and  metabolic  benefits  in  polycystic  ovary 

752

syndrome mice. 

J Ovarian Res. 2023

; 16(1): 138.

753

Zheng S, Chen Y, Ma M, and Li M. Mechanism of quercetin on the improvement of ovulation 

754

disorder and regulation of ovarian CNP/NPR2 in PCOS model rats. 

J Formos Med Assoc. 

755

2022

; 121(6): 1081-1092.

756

Zhu  Y,  Tchkonia  T,  Pirtskhalava  T,  Gower  AC,  Ding  H,  Giorgadze  N,  Palmer  AK,  Ikeno  Y, 

757

Hubbard GB, Lenburg M, et al. The Achilles' heel of senescent cells: from transcriptome to 

758

senolytic drugs. 

Aging Cell. 2015

; 14(4): 644-658.

759

Page 48 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 49 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 50 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 51 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 52 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 53 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

190x254mm (300 x 300 DPI) 

Page 54 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

1

Table 1. Characteristics of the patients who provided follicular fluid samples

Control (n = 12)

PCOS (n = 12)

p

-value

Age (years)

34.0 (26–40)

35.0 (24–39)

0.2534

BMI (kg/m

2

)

22.2 (19.7–25.4)

21.5 (18.1–26.4)

0.8127

LH (mIU/mL)

4.8 (2.1–5.6)

8.8 (5.9–15.4)

0.0003

FSH (mIU/mL)

7.2 (5.3–8.3)

6.5 (4.9–8.4)

0.0898

LH/FSH ratio

0.64 (0.32–0.91)

1.34 (0.87–2.23)

<0.0001

AMH (ng/mL)

2.56 (1.70–6.73)

8.27 (5.44–24.63)

0.0017

The number of 

oocytes retrieved

11.5 (6–28)

10.5 (1–22)

0.3072

Data are presented as median (range). All 

p

-values are based on Student’s t-test. BMI, body mass 

index; LH, luteinizing hormone; FSH, follicle-stimulating hormone; AMH, anti-Müllerian hormone.

Page 55 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

2

Table 2. List of primers used for quantitative real-time PCR

Gene

Forward 

(5′

3′)

Reverse 

(5′

3′)

Accession No.

human p16

INK4a

  GGGTTTTCGTGGTTCACATCC CTAGACGCTGGCTCCTCAGTA

NM_058195

human p21

TGTCCGTCAGAACCCATGC

AAAGTCGAAGTTCCATCGCTC

NM_078467

human p53

CCCAAGCAATGGATGATTTGA GGCATTCTGGGAGCTTCATC

NM_000546

human GAPDH TGGACCTGACCTGCCGTCTA

CTGCTTCACCACCTTCTTGA

NM_002046

mouse p16

INK4a

CGCAGGTTCTTGGTCACTGT

TGTTCACGAAAGCCAGAGCG

NM_009877

mouse p21

CACAGCTCAGTGGACTGGAA ACCCTAGACCCACAATGCAG NM_001111099

mouse p53

GGCAGACTTTTCGCCACAG

CAGGCACAAACACGAACCTC

NM_011640

mouse Gapdh

TCCACCACCCTGTTGCTGTA

ACCACAGTCCATGCCATCAC

NM_008084

Page 56 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024

gaae015-html.html
background image

 

 

 

 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 
15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 
15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 
15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 
15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 
15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

Testosterone (−)    (+) 

(−)    (+) 

(−)    (+) 

(−)    (+) 

(−)    (+) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 
20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– β-actin 

  (42kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

– p53 

  (53kDa) 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

25 – 

20 – 

15 – 

37 – 

50 – 

100 – 

75 – 

250 – 

150 – 

10 – 

Testosterone    (−) (+) 

(−) (+) 

(−)    (+) 

(−) (+) 

(−) (+) 

(kDa) 

(kDa) 

Page 62 of 65

http://molehr.oxfordjournals.org/

Draft Manuscript Submitted to MHR for Peer Review

Downloaded from https://academic.oup.com/molehr/advance-article/doi/10.1093/molehr/gaae015/7644292 by guest on 18 April 2024