Aging is a predominant risk factor for several chronic diseases that limit healthspan1. Mechanisms of aging are thus increasingly recognized as potential therapeutic targets. Blood from young mice reverses aspects of aging and disease across multiple tissues2–10, which supports a hypothesis that age-related molecular changes in blood could provide new insights into age-related disease biology. We measured 2,925 plasma proteins from 4,263 young adults to nonagenarians (18–95 years old) and developed a new bioinformatics approach that uncovered marked non-linear alterations in the human plasma proteome with age. Waves of changes in the proteome in the fourth, seventh and eighth decades of life reflected distinct biological pathways and revealed differential associations with the genome and proteome of age-related diseases and phenotypic traits. This new approach to the study of aging led to the identification of unexpected signatures and pathways that might offer potential targets for age-related diseases. Aptamer-based proteomic analysis of plasma from healthy individuals aged 18–95 years reveals wave-like patterns of protein expression that are associated with age-related diseases and phenotypic traits.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic, progressive, and usually lethal fibrotic lung disease characterized by profound changes in epithelial cell phenotype and fibroblast proliferation.Objectives: To determine changes in expression and role of microRNAs in IPF.Methods: RNA from 10 control and 10 IPF tissues was hybridized on Agilent microRNA microarrays and results were confirmed by quantitative real-time polymerase chain reaction and in situ hybridization. SMAD3 binding to the let-7d promoter was confirmed by chromatin immunoprecipitation, electrophoretic mobility shift assay, luciferase assays, and reduced expression of let-7d in response to transforming growth factor-β. HMGA2, a let-7d target, was localized by immunohistochemistry. In mice, let-7d was inhibited by intratracheal administration of a let-7d antagomir and its effects were determined by immunohistochemistry, immunofluorescence, quantitative real-time polymerase chain reaction, and morphometry.Measurements and Main Results: Eighteen microRNAs including let-7d were significantly decreased in IPF. Transforming growth factor-β down-regulated let-7d expression, and SMAD3 binding to the let-7d promoter was demonstrated. Inhibition of let-7d caused increases in mesenchymal markers N-cadherin-2, vimentin, and α-smooth muscle actin (ACTA2) as well as HMGA2 in multiple epithelial cell lines. let-7d was significantly reduced in IPF lungs and the number of epithelial cells expressing let-7d correlated with pulmonary functions. HMGA2 was increased in alveolar epithelial cells of IPF lungs. let-7d inhibition in vivo caused alveolar septal thickening and increases in collagen, ACTA2, and S100A4 expression in SFTPC (pulmonary-associated surfactant protein C) expressing alveolar epithelial cells.Conclusions: Our results indicate a role for microRNAs in IPF. The down-regulation of let-7d in IPF and the profibrotic effects of this down-regulation in vitro and in vivo suggest a key regulatory role for this microRNA in preventing lung fibrosis.Clinical trial registered with www.clinicaltrials.gov (NCT 00258544).

An aged circulatory environment can activate microglia, reduce neural precursor cell activity and impair cognition in mice. We hypothesized that brain endothelial cells (BECs) mediate at least some of these effects. We observe that BECs in the aged mouse hippocampus express an inflammatory transcriptional profile with focal upregulation of vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM1), a protein that facilitates vascular–immune cell interactions. Concomitantly, levels of the shed, soluble form of VCAM1 are prominently increased in the plasma of aged humans and mice, and their plasma is sufficient to increase VCAM1 expression in cultured BECs and the hippocampi of young mice. Systemic administration of anti-VCAM1 antibody or genetic ablation of Vcam1 in BECs counteracts the detrimental effects of plasma from aged individuals on young brains and reverses aging aspects, including microglial reactivity and cognitive deficits, in the brains of aged mice. Together, these findings establish brain endothelial VCAM1 at the blood–brain barrier as a possible target to treat age-related neurodegeneration. The detrimental effects of aged blood on cognition and nervous system function in mice can be combatted by targeting brain endothelial cell dysfunction via inhibition of aberrant VCAM1 signaling at the blood–brain barrier.

The Tabula Muris Consortium We have created a compendium of single cell transcriptome data from the model organism Mus musculus comprising more than 100,000 cells from 20 organs and tissues. These data represent a new resource for cell biology, revealing gene expression in poorly characterized cell populations and allowing for direct and controlled comparison of gene expression in cell types shared between tissues, such as T-lymphocytes and endothelial cells from distinct anatomical locations. Two distinct technical approaches were used for most tissues: one approach, microfluidic droplet-based 3’-end counting, enabled the survey of thousands of cells at relatively low coverage, while the other, FACS-based full length transcript analysis, enabled characterization of cell types with high sensitivity and coverage. The cumulative data provide the foundation for an atlas of transcriptomic cell biology.

Abstract An aged circulatory environment can promote brain dysfunction and we hypothesized that the blood-brain barrier (BBB) mediates at least some of these effects. We observe brain endothelial cells (BECs) in the aged mouse hippocampus express an inflammatory transcriptional profile with focal upregulation of Vascular Cell Adhesion Molecule 1 (VCAM1), a protein that facilitates vascular-immune cell interactions. Concomitantly, the shed, soluble form of VCAM1 is prominently increased in the aged circulation of humans and mice, and aged plasma is sufficient to increase VCAM1 expression in cultured BECs and young mouse hippocampi. Systemic anti-VCAM1 antibody or genetic ablation of VCAM1 in BECs counteracts the detrimental effects of aged plasma on young brains and reverses aging aspects in old mouse brains. Thus, VCAM1 is a negative regulator of adult neurogenesis and inducer of microglial reactivity, establishing VCAM1 and the luminal side of the BBB as possible targets to treat age-related neurodegeneration.

Brain endothelial cells (BECs) are key elements of the blood-brain barrier (BBB), protecting the brain from pathogens and restricting access to circulatory factors. Recent studies have demonstrated that the circulatory environment can modulate brain aging, yet, the underlying processes remain largely unknown. Given the BBB's intermediary position, we hypothesized that BECs sense, adapt to, and relay signals between the aging blood and brain. We sequenced single endothelial cells from the hippocampus-a brain region key to learning, memory, and neurogenesis- of healthy young and aged mice as well as post-exposure to inflammatory and age-related circulatory factors. We discovered that aged capillary BECs, compared with arterial and venous cells, exhibit the greatest transcriptional changes, upregulating innate immunity, antigen presentation, TGF-beta signaling and oxidative stress response pathways. Remarkably, short-term infusions of aged plasma into young mice recapitulated key aspects of this aging transcriptome, while infusions of young plasma into aged mice reversed select aging signatures, essentially rejuvenating the BBB endothelium transcriptome. We identify candidate pathways mediating blood-borne brain rejuvenation by comparing age-upregulated genes with those modulated by plasma exposure. Together, these findings suggest that the transcriptional age of BECs is exquisitely sensitive to age-related circulatory cues and pinpoint the BBB itself as a promising therapeutic target to treat brain disease.

Aging is the predominant risk factor for numerous chronic diseases that limit healthspan. Mechanisms of aging are thus increasingly recognized as therapeutic targets. Blood from young mice reverses aspects of aging and disease across multiple tissues, pointing to the intriguing possibility that age-related molecular changes in blood can provide novel insight into disease biology. We measured 2,925 plasma proteins from 4,331 young adults to nonagenarians and developed a novel bioinformatics approach which uncovered profound non-linear alterations in the human plasma proteome with age. Waves of changes in the proteome in the fourth, seventh, and eighth decades of life reflected distinct biological pathways, and revealed differential associations with the genome and proteome of age-related diseases and phenotypic traits. This new approach to the study of aging led to the identification of unexpected signatures and pathways of aging and disease and offers potential pathways for aging interventions.