Physical function declines in old age, portending disability, increased health expenditures, and mortality. Cellular senescence, leading to tissue dysfunction, may contribute to these consequences of aging, but whether senescence can directly drive age-related pathology and be therapeutically targeted is still unclear. Here we demonstrate that transplanting relatively small numbers of senescent cells into young mice is sufficient to cause persistent physical dysfunction, as well as to spread cellular senescence to host tissues. Transplanting even fewer senescent cells had the same effect in older recipients and was accompanied by reduced survival, indicating the potency of senescent cells in shortening health- and lifespan. The senolytic cocktail, dasatinib plus quercetin, which causes selective elimination of senescent cells, decreased the number of naturally occurring senescent cells and their secretion of frailty-related proinflammatory cytokines in explants of human adipose tissue. Moreover, intermittent oral administration of senolytics to both senescent cell–transplanted young mice and naturally aged mice alleviated physical dysfunction and increased post-treatment survival by 36% while reducing mortality hazard to 65%. Our study provides proof-of-concept evidence that senescent cells can cause physical dysfunction and decreased survival even in young mice, while senolytics can enhance remaining health- and lifespan in old mice. Transfer of senescent cells into naive, young mice can induce physical dysfunction, and a senolytic can reverse this dysfunction and potently increase lifespan in aged mice.

Telomeres are specialized nucleoprotein structures, which protect chromosome ends and have been implicated in the ageing process. Telomere shortening has been shown to contribute to a persistent DNA damage response (DDR) during replicative senescence, the irreversible loss of division potential of somatic cells. Similarly, persistent DDR foci can be found in stress-induced senescence, although their nature is not understood. Here we show, using immuno-fluorescent in situ hybridization and ChIP, that up to half of the DNA damage foci in stress-induced senescence are located at telomeres irrespective of telomerase activity. Moreover, live-cell imaging experiments reveal that all persistent foci are associated with telomeres. Finally, we report an age-dependent increase in frequencies of telomere-associated foci in gut and liver of mice, occurring irrespectively of telomere length. We conclude that telomeres are important targets for stress in vitro and in vivo and this has important consequences for the ageing process.

Abstract The incidence of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) increases with age. Cellular senescence refers to a state of irreversible cell-cycle arrest combined with the secretion of proinflammatory cytokines and mitochondrial dysfunction. Senescent cells contribute to age-related tissue degeneration. Here we show that the accumulation of senescent cells promotes hepatic fat accumulation and steatosis. We report a close correlation between hepatic fat accumulation and markers of hepatocyte senescence. The elimination of senescent cells by suicide gene-meditated ablation of p16 Ink4a -expressing senescent cells in INK-ATTAC mice or by treatment with a combination of the senolytic drugs dasatinib and quercetin (D+Q) reduces overall hepatic steatosis. Conversely, inducing hepatocyte senescence promotes fat accumulation in vitro and in vivo . Mechanistically, we show that mitochondria in senescent cells lose the ability to metabolize fatty acids efficiently. Our study demonstrates that cellular senescence drives hepatic steatosis and elimination of senescent cells may be a novel therapeutic strategy to reduce steatosis.

Chronic inflammation is associated with normal and pathological ageing. Here we show that chronic, progressive low-grade inflammation induced by knockout of the nfkb1 subunit of the transcription factor NF-κB induces premature ageing in mice. We also show that these mice have reduced regeneration in liver and gut. nfkb1(-/-) fibroblasts exhibit aggravated cell senescence because of an enhanced autocrine and paracrine feedback through NF-κB, COX-2 and ROS, which stabilizes DNA damage. Preferential accumulation of telomere-dysfunctional senescent cells in nfkb1(-/-) tissues is blocked by anti-inflammatory or antioxidant treatment of mice, and this rescues tissue regenerative potential. Frequencies of senescent cells in liver and intestinal crypts quantitatively predict mean and maximum lifespan in both short- and long-lived mice cohorts. These data indicate that systemic chronic inflammation can accelerate ageing via ROS-mediated exacerbation of telomere dysfunction and cell senescence in the absence of any other genetic or environmental factor.

Summary The impact of cellular senescence onto aging of organisms is not fully clear, not at least because of the scarcity of reliable data on the mere frequency of senescent cells in aging tissues. Activation of a DNA damage response including formation of DNA damage foci containing activated H2A.X (γ‐H2A.X) at either uncapped telomeres or persistent DNA strand breaks is the major trigger of cell senescence. Therefore, γ‐H2A.X immunohistochemistry (IHC) was established by us as a reliable quantitative indicator of senescence in fibroblasts in vitro and in hepatocytes in vivo and the age dependency of DNA damage foci accumulation in ten organs of C57Bl6 mice was analysed over an age range from 12 to 42 months. There were significant increases with age in the frequency of foci‐containing cells in lung, spleen, dermis, liver and gut epithelium. In liver, foci‐positive cells were preferentially found in the centrilobular area, which is exposed to higher levels of oxidative stress. Foci formation in the intestine was restricted to the crypts. It was not associated with either apoptosis or hyperproliferation. That telomeres shortened with age in both crypt and villus enterocytes, but telomeres in the crypt epithelium were longer than those in villi at all ages were confirmed by us. Still, there was no more than random co‐localization between γ‐H2A.X foci and telomeres even in crypts from very old mice, indicating that senescence in the crypt enterocytes is telomere independent. The results suggest that stress‐dependent cell senescence could play a causal role for aging of mice.

Senescent cells produce and secrete various bioactive molecules including interleukins, growth factors, matrix-degrading enzymes and reactive oxygen species (ROS). Thus, it has been proposed that senescent cells can damage their local environment, and a stimulatory effect on tumour cell growth and invasiveness has been documented. However, it was unknown what effect, if any, senescent cells have on their normal, proliferation-competent counterparts. We show here that senescent cells induce a DNA damage response, characteristic for senescence, in neighbouring cells via gap junction-mediated cell-cell contact and processes involving ROS. Continuous exposure to senescent cells induced cell senescence in intact bystander fibroblasts. Hepatocytes bearing senescence markers clustered together in mice livers. Thus, senescent cells can induce a bystander effect, spreading senescence towards their neighbours in vitro and, possibly, in vivo.

While reports suggest a single dose of senolytics may improve vasomotor function, the structural and functional impact of long-term senolytic treatment is unknown. To determine whether long-term senolytic treatment improves vasomotor function, vascular stiffness, and intimal plaque size and composition in aged or hypercholesterolemic mice with established disease. Senolytic treatment (intermittent treatment with Dasatinib + Quercetin via oral gavage) resulted in significant reductions in senescent cell markers (TAF+ cells) in the medial layer of aorta from aged and hypercholesterolemic mice, but not in intimal atherosclerotic plaques. While senolytic treatment significantly improved vasomotor function (isolated organ chamber baths) in both groups of mice, this was due to increases in nitric oxide bioavailability in aged mice and increases in sensitivity to NO donors in hypercholesterolemic mice. Genetic clearance of senescent cells in aged normocholesterolemic INK-ATTAC mice phenocopied changes elicited by D+Q. Senolytics tended to reduce aortic calcification (alizarin red) and osteogenic signaling (qRT–PCR, immunohistochemistry) in aged mice, but both were significantly reduced by senolytic treatment in hypercholesterolemic mice. Intimal plaque fibrosis (picrosirius red) was not changed appreciably by chronic senolytic treatment. This is the first study to demonstrate that chronic clearance of senescent cells improves established vascular phenotypes associated with aging and chronic hypercholesterolemia, and may be a viable therapeutic intervention to reduce morbidity and mortality from cardiovascular diseases.

Abstract Cell senescence is an important tumour suppressor mechanism and driver of ageing. Both functions are dependent on the development of the senescent phenotype, which involves an overproduction of pro‐inflammatory and pro‐oxidant signals. However, the exact mechanisms regulating these phenotypes remain poorly understood. Here, we show the critical role of mitochondria in cellular senescence. In multiple models of senescence, absence of mitochondria reduced a spectrum of senescence effectors and phenotypes while preserving ATP production via enhanced glycolysis. Global transcriptomic analysis by RNA sequencing revealed that a vast number of senescent‐associated changes are dependent on mitochondria, particularly the pro‐inflammatory phenotype. Mechanistically, we show that the ATM , Akt and mTORC 1 phosphorylation cascade integrates signals from the DNA damage response ( DDR ) towards PGC ‐1β‐dependent mitochondrial biogenesis, contributing to a ROS ‐mediated activation of the DDR and cell cycle arrest. Finally, we demonstrate that the reduction in mitochondrial content in vivo , by either mTORC 1 inhibition or PGC ‐1β deletion, prevents senescence in the ageing mouse liver. Our results suggest that mitochondria are a candidate target for interventions to reduce the deleterious impact of senescence in ageing tissues.

Summary In senescent cells, a DNA damage response drives not only irreversible loss of replicative capacity but also production and secretion of reactive oxygen species (ROS) and bioactive peptides including pro‐inflammatory cytokines. This makes senescent cells a potential cause of tissue functional decline in aging. To our knowledge, we show here for the first time evidence suggesting that DNA damage induces a senescence‐like state in mature postmitotic neurons in vivo . About 40–80% of Purkinje neurons and 20–40% of cortical, hippocampal and peripheral neurons in the myenteric plexus from old C57Bl/6 mice showed severe DNA damage, activated p38MAPkinase, high ROS production and oxidative damage, interleukin IL‐6 production, heterochromatinization and senescence‐associated β‐galactosidase activity. Frequencies of these senescence‐like neurons increased with age. Short‐term caloric restriction tended to decrease frequencies of positive cells. The phenotype was aggravated in brains of late‐generation TERC−/− mice with dysfunctional telomeres. It was fully rescued by loss of p21(CDKN1A) function in late‐generation TERC−/−CDKN1A−/− mice, indicating p21 as the necessary signal transducer between DNA damage response and senescence‐like phenotype in neurons, as in senescing fibroblasts and other proliferation‐competent cells. We conclude that a senescence‐like phenotype is possibly not restricted to proliferation‐competent cells. Rather, dysfunctional telomeres and/or accumulated DNA damage can induce a DNA damage response leading to a phenotype in postmitotic neurons that resembles cell senescence in multiple features. Senescence‐like neurons might be a source of oxidative and inflammatory stress and a contributor to brain aging.

Abstract Adipose tissue inflammation and dysfunction are associated with obesity‐related insulin resistance and diabetes, but mechanisms underlying this relationship are unclear. Although senescent cells accumulate in adipose tissue of obese humans and rodents, a direct pathogenic role for these cells in the development of diabetes remains to be demonstrated. Here, we show that reducing senescent cell burden in obese mice, either by activating drug‐inducible “suicide” genes driven by the p16 Ink4a promoter or by treatment with senolytic agents, alleviates metabolic and adipose tissue dysfunction. These senolytic interventions improved glucose tolerance, enhanced insulin sensitivity, lowered circulating inflammatory mediators, and promoted adipogenesis in obese mice. Elimination of senescent cells also prevented the migration of transplanted monocytes into intra‐abdominal adipose tissue and reduced the number of macrophages in this tissue. In addition, microalbuminuria, renal podocyte function, and cardiac diastolic function improved with senolytic therapy. Our results implicate cellular senescence as a causal factor in obesity‐related inflammation and metabolic derangements and show that emerging senolytic agents hold promise for treating obesity‐related metabolic dysfunction and its complications.