Abstract At first glance, longevity and immunity appear to be different traits that have not much in common except the fact that the immune system promotes survival upon pathogenic infection. Substantial evidence however points to a molecularly intertwined relationship between the immune system and ageing. Although this link is well-known throughout the animal kingdom, its genetic basis is complex and still poorly understood. To address this question, we here provide a compilation of all genes concomitantly known to be involved in immunity and ageing in humans and three well-studied model organisms, the nematode worm Caenorhabditis elegans , the fruit fly Drosophila melanogaster , and the house mouse Mus musculus . By analysing human orthologs among these species, we identified 7 evolutionarily conserved signalling cascades, the insulin/TOR network, three MAPK (ERK, p38, JNK), JAK/STAT, TGF-β, and Nf-κB pathways that act pleiotropically on ageing and immunity. We review current evidence for these pathways linking immunity and lifespan, and their role in the detrimental dysregulation of the immune system with age, known as immunosenescence. We argue that the phenotypic effects of these pathways are often context-dependent and vary, for example, between tissues, sexes, and types of pathogenic infection. Future research therefore needs to explore a higher temporal, spatial and environmental resolution to fully comprehend the connection between ageing and immunity.

The testis displays striking anatomical divergence among primates. Multi-male species, such as chimpanzees, have recurrently evolved large testicles relative to single-male species, such as humans. However, the developmental mechanisms behind testis divergence and whether they involve convergent molecular changes, have remained unknown. Through comparative analysis of transcriptomic data, we show that a species’ testis expression profile, like testis size, can be a reliable indicator of mating type among primates, and possibly murids. Differential expression, in turn, largely reflects changes in the relative proportions of somatic/pre-meiotic versus meiotic/post-meiotic cell types. By studying mouse and macaque testis development, we find that single-male species’ testis expression profiles are paedomorphic relative to multi-male species’ profiles. For instance, human and gorilla testis profiles resemble those of adolescent mice. Our results suggest that heterochronic shifts involving conserved transcription regulators have been repeatedly employed in primate evolution, leading to rapid, convergent changes in testis size and histology.

Cells in largely non-mitotic tissues such as the brain are prone to stochastic (epi-)genetic alterations that may cause increased variability between cells and individuals over time. Although increased inter-individual heterogeneity in gene expression was previously reported, whether this process starts during development or if it is restricted to the aging period has not yet been studied. The regulatory dynamics and functional significance of putative aging-related heterogeneity are also unknown. Here we address these by a meta-analysis of 19 transcriptome datasets from diverse human brain regions. We observed a significant increase in inter-individual heterogeneity during aging (20+ years) compared to postnatal development (0 to 20 years). Increased heterogeneity during aging was consistent among different brain regions at the gene level and associated with lifespan regulation and neuronal functions. Overall, our results show that increased expression heterogeneity is a characteristic of aging human brain, and may influence aging-related changes in brain functions.

Medawar's mutation accumulation (MA) hypothesis explains ageing by the declining force of natural selection with age: slightly deleterious germline mutations that are functional in old age are not effectively eliminated by selection and therefore lead to ageing-related phenotypes. Although widely cited, empirical support for the MA hypothesis, particularly molecular evidence, has remained limited. Here we test one of its predictions, that genes relatively highly expressed in old adults vs. young adults should be under weaker purifying selection than those relatively highly expressed in young adults. To do so, we combine 23 RNA-sequencing and 35 microarray gene expression datasets (including 9 tissues from 5 mammalian species) with protein and regulatory sequence conservation estimates across mammals. We identify age-related decrease in transcriptome conservation (ADICT) in four tissues, brain, liver, lung, and artery, but not in other tissues, most notably muscle and heart. ADICT is driven both by decreased expression of highly conserved genes and up-regulation of poorly conserved genes during ageing, in line with the MA hypothesis. Lowly conserved and up-regulated genes in ADICT-associated tissues have overlapping functional properties, particularly involving apoptosis and inflammation, with no evidence for a history of positive selection. Our results suggest that tissues vary in how evolution has shaped their ageing patterns. We find that in some tissues, genes up-regulated during ageing, possibly in response to accumulating cellular and histological damage, are under weaker purifying selection than other genes. We propose that accumulation of slightly deleterious substitutions in these genes may underlie their suboptimal regulation and activity during ageing, shaping senescent phenotypes such as inflammaging.

Ageing is the largest risk factor for a variety of non-communicable diseases. Model organism studies have shown that genetic and chemical perturbations can extend both life- and health-span. Ageing is a complex process, with parallel and interacting mechanisms contributing to its aetiology, posing a challenge for the discovery of new pharmacological candidates to ameliorate its effects. In this study, instead of a target-centric approach, we adopt a systems level drug repurposing methodology to discover drugs that could combat ageing in human brain. Using multiple gene expression datasets from brain tissue, taken from patients of different ages, we first identified the expression changes that characterise ageing. Then, we compared these changes in gene expression with drug perturbed expression profiles in the Connectivity Map. We thus identified 24 drugs with significantly associated changes. Some of these drugs may function as anti-ageing drugs by reversing the detrimental changes that occur during ageing, others by mimicking the cellular defense mechanisms. The drugs that we identified included significant number of already identified pro-longevity drugs, indicating that the method can discover de novo drugs that meliorate ageing. The approach has the advantages that, by using data from human brain ageing data it focuses on processes relevant in human ageing and that it is unbiased, making it possible to discover new targets for ageing studies.

Ageing is broadly defined as a time-dependent progressive decline in the functional and physiological integrity of organisms. Previous studies and evolutionary theories of ageing suggest that ageing is not a programmed process but reflects dynamic stochastic events. In this study, we test whether transcriptional noise shows an increase with age, which would be expected from stochastic theories. Using human brain transcriptome dataset, we analysed the heterogeneity in the transcriptome for individual genes and functional pathways, employing different analysis methods and pre-processing steps. We show that unlike expression level changes, changes in heterogeneity are highly dependent on the methodology and the underlying assumptions. Although the particular set of genes that can be characterized as differentially variable is highly dependent on the methods, we observe a consistent increase in heterogeneity at every level, independent of the method. In particular, we demonstrate a weak but reproducible transcriptome-wide shift towards an increase in heterogeneity, with twice as many genes significantly increasing as opposed to decreasing their heterogeneity. Furthermore, this pattern of increasing heterogeneity is not specific but is associated with a wide range of pathways.

Turquoise killifish (Nothobranchius furzeri) are naturally short-lived vertebrates, recapitulating several aspects of human aging, including protein aggregation, telomere shortening, cellular senescence, and declined antibody diversity. The mechanistic causes of systemic aging in killifish are still poorly understood. Here we ask whether killifish undergo significant age-dependent changes in the main hematopoietic organ, which together could contribute to systemic aging. To characterize immune aging in killifish, we employed single-cell RNA sequencing, proteomics, cytometry and a functional in vitro assay. Our data indicate how old killifish display increased inflammatory markers, and while immune cells from adult killifish display increased markers of proliferation and replication-independent DNA repair in progenitor-like cell clusters, progenitors from old killifish display extensive markers of DNA double-strand breaks. In less than 10 weeks, killifish undergo several dramatic spontaneous aging-related changes in the immune niche, which could be functionally linked with its extensive systemic aging and serve as targets for anti-aging interventions.

Advancing age is the dominant risk factor for most of the major killer diseases in developed countries. Hence, ameliorating the effects of ageing may prevent multiple diseases simultaneously. Drugs licensed for human use against specific diseases have proved to be effective in extending lifespan and healthspan in animal models, suggesting that there is scope for drug repurposing in humans. New bioinformatic methods to identify and prioritise potential anti-ageing compounds for humans are therefore of interest. In this study, we first used drug-protein interaction information, to rank 1,147 drugs by their likelihood of targeting ageing-related gene products in humans. Among 19 statistically significant drugs, 6 have already been shown to have pro-longevity properties in animal models (p < 0.001). Using the targets of each drug, we established its association with ageing at multiple levels of biological actions including pathways, functions and protein interactions. Finally, combining all the data, we calculated a comprehensive ranked list of drugs that predicted tanespimycin, an inhibitor of HSP-90, as the top-ranked novel anti-ageing candidate. We experimentally validated the pro-longevity effect of tanespimycin through its HSP-90 target in Caenorhabditis elegans.

Transposable elements (TEs) inflict numerous negative effects on health and fitness as they replicate by integrating into new regions of the host genome. Even though organisms employ powerful mechanisms to demobilize TEs, transposons gradually lose repression during aging. The rising TE activity causes genomic instability and was implicated in age-dependent neurodegenerative diseases, inflammation and the determination of lifespan. It is therefore conceivable that long-lived individuals have improved TE silencing mechanisms resulting in reduced TE expression relative to their shorter-lived counterparts and fewer genomic insertions. Here, we test this hypothesis by performing the first genome-wide analysis of TE insertions and expression in populations of Drosophila melanogaster selected for longevity through late-life reproduction for 50-170 generations from four independent studies. Contrary to our expectation, TE families were generally more abundant in long-lived populations compared to non-selected controls. Although simulations showed that this was not expected under neutrality, we found little evidence for selection driving TE abundance differences. Additional RNA-seq analysis revealed a tendency for reducing TE expression in selected populations, which might be more important for lifespan than regulating genomic insertions. We further find limited evidence of parallel selection on genes related to TE regulation and transposition. However, telomeric TEs were genomically and transcriptionally more abundant in long-lived flies, suggesting improved telomere maintenance as a promising TE-mediated mechanism for prolonging lifespan. Our results provide a novel viewpoint indicating that reproduction at old age increases the opportunity of TEs to be passed on to the next generation with little impact on longevity.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Genetically modified mouse models of ageing are the living proof that lifespan and healthspan can be lengthened or shortened, yet the molecular mechanisms behind these opposite phenotypes remain largely unknown. In this study, we analysed and compared gene expression data from 10 long-lived and 8 short-lived mouse models of ageing. Transcriptome-wide correlation analysis revealed that mutations with equivalent effects on lifespan induce more similar transcriptomic changes, especially if they target the same pathway. Using functional enrichment analysis, we identified 58 gene sets with consistent changes in long- and short-lived mice, 55 of which were up-regulated in long-lived mice and down-regulated in short-lived mice. Half of these sets represented genes involved in energy and lipid metabolism, among which Ppargc1a , Mif , Aldh5a1 and Idh1 were frequently observed. Based on the gene sets with consistent changes and also the whole transcriptome, we observed that the gene expression changes during normal ageing resembled the transcriptome of short-lived models, suggesting that accelerated ageing models reproduce partially the molecular changes of ageing. Finally, we identified new genetic interventions that may ameliorate ageing, by comparing the transcriptomes of 51 mouse mutants not previously associated with ageing to expression signatures of long- and short-lived mice and ageing-related changes. Highlights Transcriptomic changes are more similar within mutant mice that show either lengthened or shortened lifespan The major transcriptomic differences between long- and short-lived mice are in genes controlling mitochondrial metabolism Gene expression changes in short-lived, progeroid, mutant mice resemble those seen during normal ageing