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.

Genetic or pharmacological depletion of senescent cells or inhibition of their function reduces bone loss in aged mice. Aging is associated with increased cellular senescence, which is hypothesized to drive the eventual development of multiple comorbidities1. Here we investigate a role for senescent cells in age-related bone loss through multiple approaches. In particular, we used either genetic (i.e., the INK-ATTAC 'suicide' transgene encoding an inducible caspase 8 expressed specifically in senescent cells2,3,4) or pharmacological (i.e., 'senolytic' compounds5,6) means to eliminate senescent cells. We also inhibited the production of the proinflammatory secretome of senescent cells using a JAK inhibitor (JAKi)3,7. In aged (20- to 22-month-old) mice with established bone loss, activation of the INK-ATTAC caspase 8 in senescent cells or treatment with senolytics or the JAKi for 2–4 months resulted in higher bone mass and strength and better bone microarchitecture than in vehicle-treated mice. The beneficial effects of targeting senescent cells were due to lower bone resorption with either maintained (trabecular) or higher (cortical) bone formation as compared to vehicle-treated mice. In vitro studies demonstrated that senescent-cell conditioned medium impaired osteoblast mineralization and enhanced osteoclast-progenitor survival, leading to increased osteoclastogenesis. Collectively, these data establish a causal role for senescent cells in bone loss with aging, and demonstrate that targeting these cells has both anti-resorptive and anabolic effects on bone. Given that eliminating senescent cells and/or inhibiting their proinflammatory secretome also improves cardiovascular function4, enhances insulin sensitivity3, and reduces frailty7, targeting this fundamental mechanism to prevent age-related bone loss suggests a novel treatment strategy not only for osteoporosis, but also for multiple age-related comorbidities.

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 Senescent cells have detrimental effects across tissues with aging but may have beneficial effects on tissue repair, specifically on skin wound healing. However, the potential role of senescent cells in fracture healing has not been defined. Here, we performed an in silico analysis of public mRNAseq data and found that senescence and senescence-associated secretory phenotype (SASP) markers increased during fracture healing. We next directly established that the expression of senescence biomarkers increased markedly during murine fracture healing. We also identified a subset of cells in the fracture callus that displayed hallmarks of senescence, including distension of satellite heterochromatin and telomeric DNA damage. Then, using a genetic mouse model ( p16 LUC ) containing a pl6 Ink4a -dnven luciferase reporter, we demonstrated transient in vivo senescent cell accumulation during callus formation. Finally, we intermittently treated young adult mice following fracture with drugs that selectively eliminate senescent cells (“senolytics”, Dasatinib plus Quercetin), and showed that this regimen both decreased senescence and SASP markers in the fracture callus and significantly accelerated the time course of fracture healing. Our findings thus demonstrate that senescent cells accumulate transiently in the murine fracture callus and, in contrast to the skin, their clearance does not impair but rather may improve fracture healing.

Cells expressing features of senescence, including upregulation of p21 and p16, appear transiently following tissue injury, yet the properties of these cells or how they contrast with age-induced senescent cells remains unclear. Here, we used skeletal injury as a model and identified the rapid appearance following fracture of p21+ cells expressing senescence markers, mainly as osteochondroprogenitors (OCHs) and neutrophils. Targeted genetic clearance of p21+ cells suppressed senescence-associated signatures within the fracture callus and accelerated fracture healing. By contrast, p21+ cell clearance did not alter bone loss due to aging; conversely, p16+ cell clearance, known to alleviate skeletal aging, did not affect fracture healing. Following fracture, p21+ neutrophils were enriched in signaling pathways known to induce paracrine stromal senescence, while p21+ OCHs were highly enriched in senescence-associated secretory phenotype factors known to impair bone formation. Further analysis revealed an injury-specific stem cell-like OCH subset that was p21+ and highly inflammatory, with a similar inflammatory mesenchymal population (fibro-adipogenic progenitors) evident following muscle injury. Thus, intercommunicating senescent-like neutrophils and mesenchymal progenitor cells are key regulators of tissue repair in bone and potentially across tissues. Moreover, our findings establish contextual roles of p21+

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.