ABSTRACT The dedifferentiation of somatic cells into a pluripotent state by cellular reprogramming coincides with a reversal of age-associated molecular hallmarks. Although transcription factor induced cellular reprogramming has been shown to ameliorate these aging phenotypes in human cells and extend health and lifespan in mice, translational applications of this approach are still limited. More recently, chemical reprogramming via small molecule cocktails have demonstrated a similar ability to induce pluripotency in vitro, however, its potential impact on aging is unknown. Here, we demonstrated that partial chemical reprogramming is able to improve key drivers of aging including genomic instability and epigenetic alterations in aged human cells. Moreover, we identified an optimized combination of two reprogramming molecules sufficient to induce the amelioration of additional aging phenotypes including cellular senescence and oxidative stress. Importantly, in vivo application of this two-chemical combination significantly extended C. elegans lifespan. Together, these data demonstrate that improvement of key drivers of aging and lifespan extension is possible via chemical induced partial reprogramming, opening a path towards future translational applications.

The establishment of aging clocks based on age-associated changes in DNA methylation has highlighted the strong link between epigenetic alterations and aging. However, the connection between DNA methylation changes at clock sites and their effect on cellular function remains unclear. We hypothesize that chromatin accessibility, a readout that integrates multiple epigenetic mechanisms, may connect epigenetic changes with downstream biological effects. To investigate this hypothesis, we generated chromatin accessibility profiles from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of 157 human donors and construct a novel aging clock with a median absolute error on prediction of 5.69 years. Moreover, by comparing our chromatin accessibility data to matched transcriptomic profiles, we show that the genomic sites selected for the prediction of age based on chromatin accessibility undergo transcriptional changes during aging. This chromatin accessibility clock could therefore be used to investigate the direct effect of aged epigenetic states on cellular function.

SUMMARY The induction of cellular reprogramming by forced expression of the transcription factors OCT4, SOX2, KLF4, and C-MYC (OSKM) has been shown to allow the dedifferentiation of somatic cells and ameliorate age-associated phenotypes in multiple tissues and organs. Yet to date, the benefits of in vivo reprogramming are limited by the occurrence of detrimental side-effects. Here, using complementary genetic approaches, we demonstrated that continuous in vivo induction of the reprogramming factors leads to hepatic and intestinal dysfunction resulting in decreased body weight and premature death. By generating a novel transgenic reprogrammable mouse strain, which avoids OSKM expression in both liver and intestine, we drastically reduced the early lethality and adverse effects associated with in vivo reprogramming. This new reprogramming mouse allows safe and long-term continuous induction of OSKM and might enable a better understanding of in vivo reprogramming as well as maximize its potential effects on rejuvenation and regeneration.

ABSTRACT Over the last decades, several premature aging mouse models have been developed to study aging and identify interventions that can delay age-related diseases. Yet, it is still unclear whether these models truly recapitulate natural aging. Here, we analyzed DNA methylation in multiple tissues of four previously reported mouse models of premature aging (ERCC1, LAKI, POLG and XPG). We estimated DNA methylation (DNAm) age of these samples using the Horvath clock. The most pronounced increase in DNAm age could be observed in ERCC1 mice, a strain which exhibits a deficit in DNA nucleotide excision repair. In line with these results, we detected an increase in epigenetic age in fibroblasts isolated from patients with progeroid syndromes associated with mutations in DNA excision repair genes. These findings highlight ERCC1 as a particularly attractive mouse model to study aging in mammals and suggest a strong connection between DNA damage and epigenetic dysregulation during aging.

SUMMARY Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by an expansion of CAG repeats in exon 1 of the HTT gene, ultimately resulting in the generation of a mutant HTT (mHTT) protein. Although mHTT is expressed in various tissues, it significantly affects medium spiny neurons (MSNs) in the striatum, resulting in their loss and the subsequent motor function impairment in HD. While HD symptoms typically emerge in midlife, disrupted MSN neurodevelopment has an important role. To explore the effects of mHTT on MSN development, we differentiated HD induced pluripotent stem cells (iPSC) and isogenic controls into neuronal stem cells, and then generated a developing MSN population encompassing early, intermediate progenitors, and mature MSNs. Single-cell RNA sequencing revealed that the developmental trajectory of MSNs in our model closely emulated the trajectory of fetal striatal neurons. However, in the HD MSN cultures, the differentiation process downregulated several crucial genes required for proper MSN maturation, including Achaete-scute homolog 1 and members of the DLX family of transcription factors. Our analysis also uncovered a progressive dysregulation of multiple HD-related pathways as the MSNs matured, including the NRF2-mediated oxidative stress response and mitogen-activated protein kinase signaling. Using the transcriptional profile of developing HD MSNs, we searched the L1000 dataset for small molecules that induce the opposite gene expression pattern. Our analysis pinpointed numerous small molecules with known benefits in HD models, as well as previously untested novel molecules. A top novel candidate, Cerulenin, partially restored the DARPP-32 levels and electrical activity in HD MSNs, and also modulated genes involved in multiple HD-related pathways.

The nematode C. elegans has long served as a gold-standard model organism in aging research, particularly since the discovery of long-lived mutants in conserved aging pathways including daf-2 (IGF1) and age-1 (PI3K). Its short lifespan and small size make it highly suitable for high throughput experiments. While numerous molecules have been tested for their effects on C. elegans lifespan, consensus is still lacking regarding the most effective and reproducible compounds. Confounding effects, especially those related to drug-bacteria interactions, remain a contentious issue in the literature. In this study, we evaluated 16 of the most frequently reported lifespan-extending molecules in C. elegans, examining their effects on lifespan with two different diets (live and UV-killed OP50). In addition, we assessed the compounds' impact on bacterial growth, their effects on various nematode strains, and the impact of the starting age of treatment. Our findings first confirmed robust lifespan extension with many, but not all, of the 16 tested compounds from the literature, and revealed that some of them could be combined to get synergistic effects. Additionally, we showed that some of these compounds also extend lifespan in the fly D. melanogaster, demonstrating a conserved effect across species. Finally, by expanding our screen to a broader pool of molecules, we identified novel lifespan-extending compounds in C. elegans.