Senescence drives organismal aging, yet the deep characterization of senescent cells in vivo remains incomplete. Here, we applied mass cytometry by time-of-flight (CyTOF) using carefully validated antibodies to analyze senescent cells at single-cell resolution. We used multiple criteria to identify senescent mesenchymal cells that were growth arrested and resistant to apoptosis (p16+/Ki67-/BCL-2+; "p16KB" cells). These cells were highly enriched for senescence-associated secretory phenotype (SASP) and DNA damage markers and were strongly associated with age. p16KB cell percentages were also increased in CD24+ osteolineage cells, which exhibited an inflammatory SASP in aged mice and were robustly cleared by both genetic and pharmacologic senolytic therapies. Following isolation, CD24+ skeletal cells exhibited growth arrest, SA-βgal positivity, and impaired osteogenesis in vitro . These studies thus provide a new approach using multiplexed protein profiling by CyTOF to define senescent mesenchymal cells in vivo and identify a highly inflammatory, senescent CD24+ osteolineage population cleared by senolytics.

ABSTRACT Objective MicroRNAs (miRNAs) are promising tools as biomarkers and therapeutic agents in various chronic diseases such as osteoporosis, cancers, type I and II diabetes, and cardiovascular diseases. Considering the rising interest in the regulatory role of miRNAs in bone metabolism, aging, and cellular senescence, accurate normalization of qPCR-based miRNA expression data using an optimal endogenous control becomes crucial. Methods We used a systematic approach to select candidate endogenous control miRNAs that exhibit high stability with aging from our miRNA sequence data and literature search. Validation of miRNA expression was performed using qPCR and their comprehensive stability was assessed using the RefFinder tool which is based on four statistical algorithms: GeNorm, NormFinder, BestKeeper, and comparative delta CT. The selected endogenous control was then validated for its stability in mice and human bone tissues, and in bone marrow stromal cells (BMSCs) following induction of senescence and senolytic treatment. Finally, the utility of selected endogenous control versus U6 was tested by using each as a normalizer to measure the expression of miR-34a , a miRNA known to increase with age and senescence. Results Our results show that Let-7f did not change across the groups with aging, senescence or senolytic treatment, and was the most stable miRNA, whereas U6 was the least stable. Moreover, using Let-7f as a normalizer resulted in significantly increased expression of miR-34a with aging and senescence and decreased expression following senolytic treatment. However, the expression pattern for miR-34a reversed for each of these conditions when U6 was used as a normalizer. Conclusions We show that optimal endogenous control miRNAs, such as Let-7f , are essential for accurate normalization of miRNA expression data to increase the reliability of results and prevent misinterpretation. Moreover, we present a systematic strategy that is transferrable and can easily be used to identify endogenous control miRNAs in other biological systems and conditions.

ABSTRACT In addition to reducing fracture risk, zoledronate has been found in some studies to decrease mortality in humans and extend lifespan and healthspan in animals. Because senescent cells accumulate with aging and contribute to multiple co-morbidities, the non-skeletal actions of zoledronate could be due to senolytic (killing of senescent cells) or senomorphic (inhibition of the secretion of the senescence-associated secretory phenotype [SASP]) actions. To test this, we first performed in vitro senescence assays using human lung fibroblasts and DNA repair-deficient mouse embryonic fibroblasts, which demonstrated that zoledronate killed senescent cells with minimal effects on non-senescent cells. Next, in aged mice treated with zoledronate or vehicle for 8 weeks, zoledronate significantly reduced circulating SASP factors, including CCL7, IL-1β, TNFRSF1A, and TGFβ1 and improved grip strength. Analysis of publicly available RNAseq data from CD115+ (CSF1R/c-fms+) pre-osteoclastic cells isolated from mice treated with zoledronate demonstrated a significant downregulation of senescence/SASP genes (SenMayo). To establish that these cells are potential senolytic/senomorphic targets of zoledronate, we used single cell proteomic analysis (cytometry by time of flight [CyTOF]) and demonstrated that zoledronate significantly reduced the number of pre-osteoclastic (CD115+/CD3e-/Ly6G-/CD45R-) cells and decreased protein levels of p16, p21, and SASP markers in these cells without affecting other immune cell populations. Collectively, our findings demonstrate that zoledronate has senolytic effects in vitro and modulates senescence/SASP biomarkers in vivo . These data point to the need for additional studies testing zoledronate and/or other bisphosphonate derivatives for senotherapeutic efficacy.