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.

Senescent cells, which can release factors that cause inflammation and dysfunction, the senescence-associated secretory phenotype (SASP), accumulate with ageing and at etiological sites in multiple chronic diseases. Senolytics, including the combination of Dasatinib and Quercetin (D + Q), selectively eliminate senescent cells by transiently disabling pro-survival networks that defend them against their own apoptotic environment. In the first clinical trial of senolytics, D + Q improved physical function in patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), a fatal senescence-associated disease, but to date, no peer-reviewed study has directly demonstrated that senolytics decrease senescent cells in humans.In an open label Phase 1 pilot study, we administered 3 days of oral D 100 mg and Q 1000 mg to subjects with diabetic kidney disease (N = 9; 68·7 ± 3·1 years old; 2 female; BMI:33·9 ± 2·3 kg/m2; eGFR:27·0 ± 2·1 mL/min/1·73m2). Adipose tissue, skin biopsies, and blood were collected before and 11 days after completing senolytic treatment. Senescent cell and macrophage/Langerhans cell markers and circulating SASP factors were assayed.D + Q reduced adipose tissue senescent cell burden within 11 days, with decreases in p16INK4A-and p21CIP1-expressing cells, cells with senescence-associated β-galactosidase activity, and adipocyte progenitors with limited replicative potential. Adipose tissue macrophages, which are attracted, anchored, and activated by senescent cells, and crown-like structures were decreased. Skin epidermal p16INK4A+ and p21CIP1+ cells were reduced, as were circulating SASP factors, including IL-1α, IL-6, and MMPs-9 and -12."Hit-and-run" treatment with senolytics, which in the case of D + Q have elimination half-lives <11 h, significantly decreases senescent cell burden in humans. FUND: NIH and Foundations. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02848131. Senescence, Frailty, and Mesenchymal Stem Cell Functionality in Chronic Kidney Disease: Effect of Senolytic Agents.

Normal human diploid fibroblasts have a finite replicative lifespan in vitro, which has been postulated to be a cellular manifestation of aging in vivo . Several studies have shown an inverse relationship between donor age and fibroblast culture replicative lifespan; however, in all cases, the correlation was weak, and, with few exceptions, the health status of the donors was unknown. We have determined the replicative lifespans of 124 skin fibroblast cell lines established from donors of different ages as part of the Baltimore Longitudinal Study of Aging. All of the donors were medically examined and were declared “healthy,” according to Baltimore Longitudinal Study of Aging protocols, at the time the biopsies were taken. Both long- and short-lived cell lines were observed in all age groups, but no significant correlation between the proliferative potential of the cell lines and donor age was found. A comparison of multiple cell lines established from the same donors at different ages also failed to reveal any significant trends between proliferative potential and donor age. The rate of [ 3 H]thymidine incorporation and the initial rates of growth during the first few subcultivations were examined in a subset of cell lines and were found to be significantly greater in fetal lines than in postnatal lines. Cell lines established from adults did not vary significantly either in initial growth rate or in [ 3 H]thymidine incorporation. These results clearly indicate that, if health status and biopsy conditions are controlled, the replicative lifespan of fibroblasts in culture does not correlate with donor age.

ABSTRACT Cellular senescence is a fundamental mechanism by which cells remain metabolically active yet cease dividing and undergo distinct phenotypic alterations, including upregulation of p16Ink4a, profound secretome changes, telomere shortening, and decondensation of pericentromeric satellite DNA. Because senescent cells accumulate in multiple tissues with aging, these cells and the dysfunctional factors they secrete, termed the senescence-associated secretory phenotype (SASP), are increasingly recognized as promising therapeutic targets to prevent age-related degenerative pathologies, including osteoporosis. However, the cell type(s) within the bone microenvironment that undergoes senescence with aging in vivo has remained poorly understood, largely because previous studies have focused on senescence in cultured cells. Thus in young (age 6 months) and old (age 24 months) mice, we measured senescence and SASP markers in vivo in highly enriched cell populations, all rapidly isolated from bone/marrow without in vitro culture. In both females and males, p16Ink4a expression by real-time quantitative polymerase chain reaction (rt-qPCR) was significantly higher with aging in B cells, T cells, myeloid cells, osteoblast progenitors, osteoblasts, and osteocytes. Further, in vivo quantification of senescence-associated distension of satellites (SADS), ie, large-scale unraveling of pericentromeric satellite DNA, revealed significantly more senescent osteocytes in old compared with young bone cortices (11% versus 2%, p &lt; 0.001). In addition, primary osteocytes from old mice had sixfold more (p &lt; 0.001) telomere dysfunction-induced foci (TIFs) than osteocytes from young mice. Corresponding with the age-associated accumulation of senescent osteocytes was significantly higher expression of multiple SASP markers in osteocytes from old versus young mice, several of which also showed dramatic age-associated upregulation in myeloid cells. These data show that with aging, a subset of cells of various lineages within the bone microenvironment become senescent, although senescent myeloid cells and senescent osteocytes predominantly develop the SASP. Given the critical roles of osteocytes in orchestrating bone remodeling, our findings suggest that senescent osteocytes and their SASP may contribute to age-related bone loss. © 2016 American Society for Bone and Mineral Research

Abstract Although cellular senescence drives multiple age-related co-morbidities through the senescence-associated secretory phenotype, in vivo senescent cell identification remains challenging. Here, we generate a gene set (SenMayo) and validate its enrichment in bone biopsies from two aged human cohorts. We further demonstrate reductions in SenMayo in bone following genetic clearance of senescent cells in mice and in adipose tissue from humans following pharmacological senescent cell clearance. We next use SenMayo to identify senescent hematopoietic or mesenchymal cells at the single cell level from human and murine bone marrow/bone scRNA-seq data. Thus, SenMayo identifies senescent cells across tissues and species with high fidelity. Using this senescence panel, we are able to characterize senescent cells at the single cell level and identify key intercellular signaling pathways. SenMayo also represents a potentially clinically applicable panel for monitoring senescent cell burden with aging and other conditions as well as in studies of senolytic drugs.

ABSTRACT Fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP) leads to disabling heterotopic ossification (HO) from episodic flare-ups. However, the natural history of FOP flare-ups is poorly understood. A 78-question survey on FOP flare-ups, translated into 15 languages, was sent to 685 classically-affected patients in 45 countries (six continents). Five hundred patients or knowledgeable informants responded (73%; 44% males, 56% females; ages: 1 to 71 years; median: 23 years). The most common presenting symptoms of flare-ups were swelling (93%), pain (86%), or decreased mobility (79%). Seventy-one percent experienced a flare-up within the preceding 12 months (52% spontaneous; 48% trauma-related). Twenty-five percent of those who had received an intramuscular injection reported an immediate flare-up at the injection site, 84% of whom developed HO. Axial flare-ups most frequently involved the back (41.6%), neck (26.4%), or jaw (19.4%). Flare-ups occurred more frequently in the upper limbs before 8 years of age, but more frequently in the lower limbs thereafter. Appendicular flare-ups occurred more frequently at proximal than at distal sites without preferential sidedness. Seventy percent of patients reported functional loss from a flare-up. Thirty-two percent reported complete resolution of at least one flare-up and 12% without any functional loss (mostly in the head or back). The most disabling flare-ups occurred at the shoulders or hips. Surprisingly, 47% reported progression of FOP without obvious flare-ups. Worldwide, 198 treatments were reported; anti-inflammatory agents were most common. Seventy-five percent used short-term glucocorticoids as a treatment for flare-ups at appendicular sites. Fifty-five percent reported that glucocorticoids improved symptoms occasionally whereas 31% reported that they always did. Only 12% reported complete resolution of a flare-up with glucocorticoids. Forty-three percent reported rebound symptoms within 1 to 7 days after completing a course of glucocorticoids. This study is the first comprehensive global assessment of FOP flare-ups and establishes a critical foundation for the design and evaluation of future clinical trials. © 2015 American Society for Bone and Mineral Research.

Abstract Although cellular senescence is increasingly recognized as driving multiple age-related co-morbidities through the senescence-associated secretory phenotype (SASP), in vivo senescent cell identification, particularly in bulk or single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) data remains challenging. Here, we generated a novel gene set (SenMayo) and first validated its enrichment in bone biopsies from two aged human cohorts. SenMayo also identified senescent cells in aged murine brain tissue, demonstrating applicability across tissues and species. For direct validation, we demonstrated significant reductions in SenMayo in bone following genetic clearance of senescent cells in mice, with similar findings in adipose tissue from humans in a pilot study of pharmacological senescent cell clearance. In direct comparisons, SenMayo outperformed all six existing senescence/SASP gene sets in identifying senescent cells across tissues and in demonstrating responses to senescent cell clearance. We next used SenMayo to identify senescent hematopoietic or mesenchymal cells at the single cell level from publicly available human and murine bone marrow/bone scRNA-seq data and identified monocytic and osteolineage cells, respectively, as showing the highest levels of senescence/SASP genes. Using pseudotime and cellular communication patterns, we found senescent hematopoietic and mesenchymal cells communicated with other cells through common pathways, including the Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) pathway, which has been implicated not only in inflammation but also in immune evasion, an important property of senescent cells. Thus, SenMayo identifies senescent cells across tissues and species with high fidelity. Moreover, using this senescence panel, we were able to characterize senescent cells at the single cell level and identify key intercellular signaling pathways associated with these cells, which may be particularly useful for evolving efforts to map senescent cells ( e.g ., SenNet). In addition, SenMayo represents a potentially clinically applicable panel for monitoring senescent cell burden with aging and other conditions as well as in studies of senolytic drugs.

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+