Abstract Compounds with specific cytotoxic activity in senescent cells, or senolytics, support the causal involvement of senescence in aging and offer therapeutic interventions. Here we report the identification of Cardiac Glycosides (CGs) as a family of compounds with senolytic activity. CGs, by targeting the Na+/K+ATPase pump, cause a disbalanced electrochemical gradient within the cell causing depolarization and acidification. Senescent cells present a slightly depolarized plasma membrane and higher concentrations of H+, making them more susceptible to the action of CGs. These vulnerabilities can be exploited for therapeutic purposes as evidenced by the in vivo eradication of tumors xenografted in mice after treatment with the combination of a senogenic and a senolytic drug. The senolytic effect of CGs is also effective in the elimination of senescence-induced lung fibrosis. This experimental approach allows the identification of compounds with senolytic activity that could potentially be used to develop effective treatments against age-related diseases.

The expression of the pluripotency factors OCT4, SOX2, KLF4, and MYC (OSKM) can convert somatic differentiated cells into pluripotent stem cells in a process known as reprogramming. Notably, partial and reversible reprogramming does not change cell identity but can reverse markers of aging in cells, improve the capacity of aged mice to repair tissue injuries, and extend longevity in progeroid mice. However, little is known about the mechanisms involved. Here, we have studied changes in the DNA methylome, transcriptome, and metabolome in naturally aged mice subject to a single period of transient OSKM expression. We found that this is sufficient to reverse DNA methylation changes that occur upon aging in the pancreas, liver, spleen, and blood. Similarly, we observed reversion of transcriptional changes, especially regarding biological processes known to change during aging. Finally, some serum metabolites and biomarkers altered with aging were also restored to young levels upon transient reprogramming. These observations indicate that a single period of OSKM expression can drive epigenetic, transcriptomic, and metabolomic changes toward a younger configuration in multiple tissues and in the serum.

Differentiated cells can be converted into pluripotent stem cells by expressing the transcription factors OCT4, SOX2, KLF4, and MYC (OSKM) in a process known as reprogramming. Here, using single-cell RNA sequencing of pancreas undergoing reprogramming, we identify markers along the trajectory from acinar cell identity to pluripotency. These markers allow direct in situ visualization of cells undergoing dedifferentiation and acquiring features of early and advanced intermediate reprogramming. We also find that a fraction of cells do not dedifferentiate upon OSKM expression and are characterized by stress markers of the REG3 and AP-1 families. Importantly, most markers of intermediate reprogramming in the pancreas are also observed in stomach, colon, and cultured fibroblasts expressing OSKM. Among them is LY6A, a protein characteristic of progenitor cells and generally upregulated during tissue repair. Our roadmap defines intermediate reprogramming states that could be functionally relevant for tissue regeneration and rejuvenation.

Abstract Transient reprogramming by the expression of OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) is a therapeutic strategy for tissue regeneration and rejuvenation, but little is known about its metabolic requirements. Here we show that OSKM reprogramming in mice causes a global depletion of vitamin B 12 and molecular hallmarks of methionine starvation. Supplementation with vitamin B 12 increases the efficiency of reprogramming both in mice and in cultured cells, the latter indicating a cell-intrinsic effect. We show that the epigenetic mark H3K36me3, which prevents illegitimate initiation of transcription outside promoters (cryptic transcription), is sensitive to vitamin B 12 levels, providing evidence for a link between B 12 levels, H3K36 methylation, transcriptional fidelity and efficient reprogramming. Vitamin B 12 supplementation also accelerates tissue repair in a model of ulcerative colitis. We conclude that vitamin B 12 , through its key role in one-carbon metabolism and epigenetic dynamics, improves the efficiency of in vivo reprogramming and tissue repair.

Abstract Anti-cancer therapies often result in a subset of surviving cancer cells that undergo therapy-induced senescence (TIS). Senescent cancer cells strongly modify the intratumoural microenvironment favoring immunosuppression and, thereby, tumour growth. An emerging strategy to optimise current therapies is to combine them with treatments that eliminate senescent cells. To this end, we undertook an unbiased proteomics approach to identify surface markers contributing to senescent cells immune evasion. Through this approach, we discovered that the immune checkpoint inhibitor PD-L2, but not PD-L1, is upregulated across multiple senescent human and murine cells. Importantly, blockade of PD-L2 strongly synergises with genotoxic chemotherapy, causing remission of solid tumours in mice. We show that PD-L2 inhibition prevents the persistence of chemotherapy-induced senescent cells, which exert cell-extrinsic immunomodulatory actions. In particular, upon chemotherapy, tumours deficient in PD-L2 fail to produce cytokines of the CXCL family, do not recruit myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) and are eliminated in a CD8 T cell-dependent manner. We conclude that blockade of PD-L2 improves chemotherapy efficacy by reducing the intratumoural burden of senescent cells and their associated recruitment of immunosuppressive cells. These findings provide a novel strategy to exploit vulnerabilities arising in tumour cells as a result of therapy-induced damage and cellular senescence.

ABSTRACT Cellular senescence is a stress response that activates innate immunity. However, the interplay between senescent cells and the adaptive immune system remains largely unexplored. Here, we show that senescent cells display enhanced MHC class I (MHC-I) antigen processing and presentation. Immunization of mice with senescent syngeneic fibroblasts generates CD8 T cells reactive against both normal and senescent fibroblasts, some of them targeting senescence-associated MHC-I-peptides. In the context of cancer, we demonstrate that senescent cancer cells trigger strong anti-tumor protection mediated by antigen-presenting cells and CD8 T cells. This response is superior to the protection elicited by cells undergoing immunogenic cell death. Finally, induction of senescence in patient-derived cancer cells exacerbates the activation of autologous tumor-reactive CD8 tumor-infiltrating lymphocytes (TILs) with no effect on non-reactive TILs. Our study indicates that immunization with senescent cancer cells strongly activates anti-tumor immunity, and this can be exploited for cancer therapy. STATEMENT OF SIGNIFICANCE Our study shows that senescent cells are endowed with a high immunogenic potential, superior to the gold standard of immunogenic cell death. The induction of senescence in cancer cells can be exploited to develop efficient and protective CD8-dependent anti-tumor immune responses.

ABSTRACT Fibrogenesis is part of a normal protective response to tissue injury that can become irreversible and progressive, leading to fatal diseases. Senescent cells are a main driver of fibrotic diseases through their secretome, known as senescence-associated secretory phenotype (SASP). However, the mechanisms involved in the conversion of damaged cells into senescent cells remain incompletely understood. Here, we report that multiple types of fibrotic diseases in mice and humans are characterized by the accumulation of iron. We show that vascular and hemolytic injuries, through the release of iron, are efficient in triggering senescence and fibrosis. Interestingly, the accumulation of iron is an intrinsic property of senescent cells that does not require an abnormal surge in extracellular iron. Upon damage, cells initiate an iron accumulation response with abundant ferritin-bound iron within lysosomes and high levels of labile iron, the latter being a main driver of senescence-associated ROS and SASP. Finally, we demonstrate that detection of iron by magnetic resonance imaging (MRI) is a powerful non-invasive method to assess fibrotic burden in the kidneys of mice and patients with renal fibrosis. Our findings establish a central role for iron accumulation in senescence and fibrogenesis.

ABSTRACT The expression of the pluripotency factors OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) can convert somatic differentiated cells into pluripotent stem cells in a process known as reprogramming. Notably, cycles of brief OSKM expression do not change cell identity but can reverse markers of aging in cells and extend longevity in progeroid mice. However, little is known about the mechanisms involved. Here, we have studied changes in the DNA methylome, transcriptome and metabolome in naturally aged mice subject to a single period of transient OSKM expression. We found that this is sufficient to reverse DNA methylation changes that occur upon aging in the pancreas, liver, spleen and blood. Similarly, we observed reversion of transcriptional changes, especially regarding biological processes known to change during aging. Finally, some serum metabolites altered with aging were also restored to young levels upon transient reprogramming. These observations indicate that a single period of OSKM expression can drive epigenetic, transcriptomic and metabolomic changes towards a younger configuration in multiple tissues and in the serum.