Abstract Aging is a complex process best characterized as the chronic dysregulation of cellular processes leading to deteriorated tissue and organ function. While aging cannot currently be prevented, its impact on lifespan and healthspan in the elderly can potentially be minimized by interventions that aim to return these cellular processes to optimal function. Recent studies have demonstrated that partial reprogramming using the Yamanaka factors (or a subset; OCT4, SOX2 , and KLF4; OSK) can reverse age-related changes in vitro and in vivo . However, it is still unknown whether the Yamanaka factors (or a subset) are capable of extending the lifespan of aged wild type mice. Here, we show that systemically delivered AAVs, encoding an inducible OSK system, in 124-week-old mice extends the median remaining lifespan by 109% over wild-type controls and enhances several health parameters. Importantly, we observed a significant improvement in frailty scores indicating that we were able to improve the healthspan along with increasing the lifespan. Furthermore, in human keratinocytes expressing exogenous OSK, we observed significant epigenetic markers of age-reversal, suggesting a potential reregulation of genetic networks to a younger, potentially healthier state. Together, these results may have important implications for the development of partial reprogramming interventions to reverse age-associated diseases in the elderly.

Aging is a complex progression of changes best characterized as the chronic dysregulation of cellular processes leading to deteriorated tissue and organ function. Although aging cannot currently be prevented, its impact on life- and healthspan in the elderly can potentially be minimized by interventions that aim to return these cellular processes to optimal function. Recent studies have demonstrated that partial reprogramming using the Yamanaka factors (or a subset; OCT4, SOX2, and KLF4; OSK) can reverse age-related changes in vitro and in vivo. However, it is still unknown whether the Yamanaka factors (or a subset) are capable of extending the lifespan of aged wild-type (WT) mice. In this study, we show that systemically delivered adeno-associated viruses, encoding an inducible OSK system, in 124-week-old male mice extend the median remaining lifespan by 109% over WT controls and enhance several health parameters. Importantly, we observed a significant improvement in frailty scores indicating that we were able to improve the healthspan along with increasing the lifespan. Furthermore, in human keratinocytes expressing exogenous OSK, we observed significant epigenetic markers of age reversal, suggesting a potential reregulation of genetic networks to a younger potentially healthier state. Together, these results may have important implications for the development of partial reprogramming interventions to reverse age-associated diseases in the elderly.

Abstract Regenerative processes depend on the interpretation of signals to coordinate cell behaviors. The role of ubiquitin-mediated signaling is known to be important in many cellular and biological contexts, but its role in regeneration is not well understood. To investigate how ubiquitylation impacts tissue regeneration in vivo , we are studying planarians that are capable of regenerating after nearly any injury using a population of stem cells. Here we used RNAi to screen RING/U-box E3 ubiquitin ligases that are highly expressed in planarian stem cells and stem cell progeny. RNAi screening identified nine genes with functions in regeneration, including the spliceosomal factor prpf19 and histone modifier rnf2 ; based on their known roles in developmental processes, we further investigated these two genes. We found that prpf19 was required for animal survival but not for stem cell maintenance, suggesting a role in promoting cell differentiation. Because RNF2 is the catalytic subunit of the Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1), we also examined other putative members of this complex (CBX and PHC). We observed a striking phenotype of regional tissue misspecification in cbx and phc RNAi planarians. To identify genes regulated by PRC1, we performed RNA-seq after knocking down rnf2 or phc . Although these proteins are predicted to function in the same complex, we found that the set of genes differentially expressed in rnf2 versus phc RNAi were largely non-overlapping. Using in situ hybridization, we showed that rnf2 regulates gene expression levels within a tissue type, whereas phc is necessary for the spatial restriction of gene expression, findings consistent with their respective in vivo phenotypes. This work not only uncovered roles for RING/U-box E3 ligases in stem cell regulation and regeneration, but also identified differential gene targets for two putative PRC1 factors required for maintaining cell-type-specific gene expression in planarians.

Abstract Genomic instability and inflammation are distinct hallmarks of aging, but the connection between them is poorly understood. Understanding their interrelationship will help unravel new mechanisms and therapeutic targets of aging and age-associated diseases. Here we report a novel mechanism directly linking genomic instability and inflammation in senescent cells, through a mitochondria-regulated molecular circuit that connects the p53 tumor suppressor and cytoplasmic chromatin fragments (CCF), a driver of inflammation through the cGAS-STING pathway. Activation or inactivation of p53 by genetic and pharmacologic approaches showed that p53 suppresses CCF accumulation and the downstream inflammatory senescence-associated secretory phenotype (SASP), independent of its effects on cell cycle arrest. p53 activation suppressed CCF formation by promoting DNA repair, reflected in maintenance of genomic integrity, particularly in subtelomeric regions, as shown by single cell genome resequencing. Activation of p53 by pharmacological inhibition of MDM2 in old mice decreased features of SASP in liver, indicating a senomorphic role in vivo . Remarkably, mitochondria in senescent cells suppressed p53 activity by promoting CCF formation and thereby restricting ATM-dependent nuclear DNA damage signaling. These data provide evidence for a mitochondria-regulated p53-CCF circuit in senescent cells that controls DNA repair, genome integrity and inflammatory SASP, and is a potential target for senomorphic healthy aging interventions.