Whether and how certain transposable elements with viral origins, such as endogenous retroviruses (ERVs) dormant in our genomes, can become awakened and contribute to the aging process is largely unknown. In human senescent cells, we found that HERVK (HML-2), the most recently integrated human ERVs, are unlocked to transcribe viral genes and produce retrovirus-like particles (RVLPs). These HERVK RVLPs constitute a transmissible message to elicit senescence phenotypes in young cells, which can be blocked by neutralizing antibodies. The activation of ERVs was also observed in organs of aged primates and mice as well as in human tissues and serum from the elderly. Their repression alleviates cellular senescence and tissue degeneration and, to some extent, organismal aging. These findings indicate that the resurrection of ERVs is a hallmark and driving force of cellular senescence and tissue aging.

The young circulatory milieu capable of delaying aging in individual tissues is of interest as rejuvenation strategies, but how it achieves cellular- and systemic-level effects has remained unclear. Here, we constructed a single-cell transcriptomic atlas across aged tissues/organs and their rejuvenation in heterochronic parabiosis (HP), a classical model to study systemic aging. In general, HP rejuvenated adult stem cells and their niches across tissues. In particular, we identified hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) as one of the most responsive cell types to young blood exposure, from which a continuum of cell state changes across the hematopoietic and immune system emanated, through the restoration of a youthful transcriptional regulatory program and cytokine-mediated cell-cell communications in HSPCs. Moreover, the reintroduction of the identified rejuvenating factors alleviated age-associated lymphopoiesis decline. Overall, we provide comprehensive frameworks to explore aging and rejuvenating trajectories at single-cell resolution and revealed cellular and molecular programs that instruct systemic revitalization by blood-borne factors.

Regenerative capacity declines throughout evolution and with age. In this study, we asked whether metabolic programs underlying regenerative capability might be conserved across species, and if so, whether such metabolic drivers might be harnessed to promote tissue repair. To this end, we conducted metabolomic analyses in two vertebrate organ regeneration models: the axolotl limb blastema and antler stem cells. To further reveal why young individuals have higher regenerative capacity than the elderly, we also constructed metabolic profiles for primate juvenile and aged tissues, as well as young and aged human stem cells. In joint analyses, we uncovered that active pyrimidine metabolism and fatty acid metabolism correlated with higher regenerative capacity. Furthermore, we identified a set of regeneration-related metabolite effectors conserved across species. One such metabolite is uridine, a pyrimidine nucleoside, which can rejuvenate aged human stem cells and promote regeneration of various tissues in vivo. These observations will open new avenues for metabolic intervention in tissue repair and regeneration.

Apolipoprotein E (APOE) is a component of lipoprotein particles that function in the homeostasis of cholesterol and other lipids. Although APOE is genetically associated with human longevity and Alzheimer's disease, its mechanistic role in aging is largely unknown. Here, we used human genetic, stress-induced and physiological cellular aging models to explore APOE-driven processes in stem cell homeostasis and aging. We report that in aged human mesenchymal progenitor cells (MPCs), APOE accumulation is a driver for cellular senescence. By contrast, CRISPR-Cas9-mediated deletion of APOE endows human MPCs with resistance to cellular senescence. Mechanistically, we discovered that APOE functions as a destabilizer for heterochromatin. Specifically, increased APOE leads to the degradation of nuclear lamina proteins and a heterochromatin-associated protein KRAB-associated protein 1 via the autophagy-lysosomal pathway, thereby disrupting heterochromatin and causing senescence. Altogether, our findings uncover a role of APOE as an epigenetic mediator of senescence and provide potential targets to ameliorate aging-related diseases.

Nuclear deformation, a hallmark frequently observed in senescent cells, is presumed to be associated with the erosion of chromatin organization at the nuclear periphery. However, how such gradual changes in higher-order genome organization impinge on local epigenetic modifications to drive cellular mechanisms of aging has remained enigmatic. Here, through large-scale epigenomic analyses of isogenic young, senescent, and progeroid human mesenchymal progenitor cells (hMPCs), we delineate a hierarchy of integrated structural state changes that manifest as heterochromatin loss in repressive compartments, euchromatin weakening in active compartments, switching in interfacing topological compartments, and increasing epigenetic entropy. We found that the epigenetic de-repression unlocks the expression of pregnancy-specific beta-1 glycoprotein (PSG) genes that exacerbate hMPC aging and serve as potential aging biomarkers. Our analyses provide a rich resource for uncovering the principles of epigenomic landscape organization and its changes in cellular aging and for identifying aging drivers and intervention targets with a genome-topology-based mechanism.

•An atlas of age-, tissue-, and cell-type-specific benefits of long-term exercise.•Exercise protects tissues from infectious injury, especially in younger ones.•Exercise promotes rejuvenation in aged tissues, especially in the nervous system.•Exercise exerts geroprotective effects, especially by resetting circadian programs via the circadian clock protein BMAL1. Exercise benefits the whole organism, yet, how tissues across the body orchestrally respond to exercise remains enigmatic. Here, in young and old mice, with or without exercise, and exposed to infectious injury, we characterized the phenotypic and molecular adaptations to a 12-month exercise across 14 tissues/organs at single-cell resolution. Overall, exercise protects tissues from infectious injury, although more effectively in young animals, and benefits aged individuals in terms of inflammaging suppression and tissue rejuvenation, with structural improvement in the central nervous system and systemic vasculature being the most prominent. In vascular endothelial cells, we found that readjusting the rhythmic machinery via the core circadian clock protein BMAL1 delayed senescence and facilitated recovery from infectious damage, recapitulating the beneficial effects of exercise. Our study underscores the effect of exercise in reconstituting the youthful circadian clock network and provides a foundation for further investigating the interplay between exercise, aging, and immune challenges across the whole organism. Exercise benefits the whole organism, yet, how tissues across the body orchestrally respond to exercise remains enigmatic. Here, in young and old mice, with or without exercise, and exposed to infectious injury, we characterized the phenotypic and molecular adaptations to a 12-month exercise across 14 tissues/organs at single-cell resolution. Overall, exercise protects tissues from infectious injury, although more effectively in young animals, and benefits aged individuals in terms of inflammaging suppression and tissue rejuvenation, with structural improvement in the central nervous system and systemic vasculature being the most prominent. In vascular endothelial cells, we found that readjusting the rhythmic machinery via the core circadian clock protein BMAL1 delayed senescence and facilitated recovery from infectious damage, recapitulating the beneficial effects of exercise. Our study underscores the effect of exercise in reconstituting the youthful circadian clock network and provides a foundation for further investigating the interplay between exercise, aging, and immune challenges across the whole organism.

SUMMARY Whether and how certain transposable elements with viral origins, such as endogenous retroviruses (ERVs) dormant in our genomes, can become awakened and contribute to the aging process are largely unknown. In human senescent cells, we found that HERVK (HML-2), the most recently integrated human ERVs, are unlocked to transcribe viral genes and produce retrovirus-like particles (RVLPs). These HERVK RVLPs constitute a transmissible message to elicit senescence phenotypes in young cells, which can be blocked by neutralizing antibodies. Activation of ERVs was also observed in organs of aged primates and mice, as well as in human tissues and serum from the elderly. Their repression alleviates cellular senescence and tissue degeneration and, to some extent, organismal aging. These findings indicate that the resurrection of ERVs is a hallmark and driving force of cellular senescence and tissue aging. In brief Liu and colleagues uncover the ways in which de-repression of human endogenous retrovirus triggers cellular senescence and tissue aging; the findings provide fresh insights into therapeutic strategies for alleviating aging. Highlights Derepression of the endogenous retrovirus contributes to programmed aging Upregulation of HERVK triggers the innate immune response and cellular senescence Extracellular HERVK retrovirus-like particles induce senescence in young cells Endogenous retrovirus serves as a potential target to alleviate agings Graphical abstract

Abstract To improve the efficiency of high-density genotype data storage and imputation in bread wheat ( Triticum aestivum L.), we applied the Practical Haplotype Graph (PHG) tool. The wheat PHG database was built using whole-exome capture sequencing data from a diverse set of 65 wheat accessions. Population haplotypes were inferred for the reference genome intervals defined by the boundaries of the high-quality gene models. Missing genotypes in the inference panels, composed of wheat cultivars or recombinant inbred lines genotyped by exome capture, genotyping-by-sequencing (GBS), or whole-genome skim-seq sequencing approaches, were imputed using the wheat PHG database. Though imputation accuracy varied depending on the method of sequencing and coverage depth, we found 93% imputation accuracy with 0.01x sequence coverage, which was only slightly lower than the accuracy obtained using the 0.5x sequence coverage (96.9%). Compared to Beagle, on average, PHG imputation was ~4% ( p-value = 0.00027) more accurate, and showed 27% higher accuracy at imputing a rare haplotype introgressed from a wild relative into wheat. The reduced accuracy of imputation with GBS data (90.4%) is likely associated with the small overlap between GBS markers and the exome capture dataset, which was used for constructing PHG. The highest imputation accuracy was obtained with exome capture for the wheat D genome, which also showed the highest levels of linkage disequlibrium and proportion of identity-by-descent regions among accessions in our reference panel. We demonstrate that genetic mapping based on genotypes imputed using PHG identifies SNPs with a broader range of effect sizes that together explain a higher proportion of genetic variance for heading date and meiotic crossover rate compared to previous studies.

We developed a computational pipeline, MicroPro, for metagenomic data analyses that take into account all the reads from known and unknown microbial organisms and for associating viruses with complex diseases. We utilized MicroPro to analyze metagenomics data related to three diseases: colorectal cancer, type-2 diabetes and liver cirrhosis, and showed that including reads from unknown organisms will markedly increase the prediction accuracy of the disease status based on metagenomics data. We identified new microbial organisms associated with these diseases. Viruses were shown to play important roles in colorectal cancer and liver cirrhosis, but not in type-2 diabetes. MicroPro is available at https://github.com/zifanzhu/MicroPro.

CBASS is a common anti-phage immune system that uses cyclic oligonucleotide signals to activate effectors and limit phage replication. In turn, phages encode anti-CBASS (Acb) proteins. We recently uncovered a widespread phage anti-CBASS protein Acb2 that acts as a "sponge" by forming a hexamer complex with three cGAMP molecules. Here, we identified that Acb2 binds and sequesters many CBASS and cGAS-produced cyclic dinucleotides in vitro and inhibits cGAMP-mediated STING activity in human cells. Surprisingly, Acb2 also binds CBASS cyclic trinucleotides 3'3'3'-cyclic AMP-AMP-AMP (cA3) and 3'3'3'-cAAG with high affinity. Structural characterization identified a distinct binding pocket within the Acb2 hexamer that binds two cyclic trinucleotide molecules and another binding pocket that binds to cyclic dinucleotides. Binding in one pocket does not allosterically alter the other, such that one Acb2 hexamer can simultaneously bind two cyclic trinucleotides and three cyclic dinucleotides. Phage-encoded Acb2 provides protection from Type III-C CBASS that uses cA3 signaling molecules in vivo and blocks cA3-mediated activation of the endonuclease effector in vitro. Altogether, Acb2 sequesters nearly all known CBASS signaling molecules through two distinct binding pockets and therefore serves as a broad-spectrum inhibitor of cGAS-based immunity.