The gut microbiome is emerging as a key regulator of several metabolic, immune and neuroendocrine pathways1,2. Gut microbiome deregulation has been implicated in major conditions such as obesity, type 2 diabetes, cardiovascular disease, non-alcoholic fatty acid liver disease and cancer3–6, but its precise role in aging remains to be elucidated. Here, we find that two different mouse models of progeria are characterized by intestinal dysbiosis with alterations that include an increase in the abundance of Proteobacteria and Cyanobacteria, and a decrease in the abundance of Verrucomicrobia. Consistent with these findings, we found that human progeria patients also display intestinal dysbiosis and that long-lived humans (that is, centenarians) exhibit a substantial increase in Verrucomicrobia and a reduction in Proteobacteria. Fecal microbiota transplantation from wild-type mice enhanced healthspan and lifespan in both progeroid mouse models, and transplantation with the verrucomicrobia Akkermansia muciniphila was sufficient to exert beneficial effects. Moreover, metabolomic analysis of ileal content points to the restoration of secondary bile acids as a possible mechanism for the beneficial effects of reestablishing a healthy microbiome. Our results demonstrate that correction of the accelerated aging-associated intestinal dysbiosis is beneficial, suggesting the existence of a link between aging and the gut microbiota that provides a rationale for microbiome-based interventions against age-related diseases. Fecal microbiome transplantation or probiotic therapy with Akkermansia muciniphila extends the lifespan and improves the health status of progeroid mice, pointing to the importance of the gut microbiome in regulating lifespan and healthspan.

Abstract Immunogenic cell death (ICD) converts dying cancer cells into a therapeutic vaccine and stimulates antitumor immune responses. Here we unravel the results of an unbiased screen identifying high-dose (10 µM) crizotinib as an ICD-inducing tyrosine kinase inhibitor that has exceptional antineoplastic activity when combined with non-ICD inducing chemotherapeutics like cisplatin. The combination of cisplatin and high-dose crizotinib induces ICD in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) cells and effectively controls the growth of distinct (transplantable, carcinogen- or oncogene induced) orthotopic NSCLC models. These anticancer effects are linked to increased T lymphocyte infiltration and are abolished by T cell depletion or interferon-γ neutralization. Crizotinib plus cisplatin leads to an increase in the expression of PD-1 and PD-L1 in tumors, coupled to a strong sensitization of NSCLC to immunotherapy with PD-1 antibodies. Hence, a sequential combination treatment consisting in conventional chemotherapy together with crizotinib, followed by immune checkpoint blockade may be active against NSCLC.

Limited experimental evidence bridges nutrition and cancer immunosurveillance. Here, we show that ketogenic diet (KD) - or its principal ketone body, 3-hydroxybutyrate (3HB), most specifically in intermittent scheduling - induced T cell-dependent tumor growth retardation of aggressive tumor models. In conditions in which anti-PD-1 alone or in combination with anti-CTLA-4 failed to reduce tumor growth in mice receiving a standard diet, KD, or oral supplementation of 3HB reestablished therapeutic responses. Supplementation of KD with sucrose (which breaks ketogenesis, abolishing 3HB production) or with a pharmacological antagonist of the 3HB receptor GPR109A abolished the antitumor effects. Mechanistically, 3HB prevented the immune checkpoint blockade-linked upregulation of PD-L1 on myeloid cells, while favoring the expansion of CXCR3+ T cells. KD induced compositional changes of the gut microbiota, with distinct species such as Eisenbergiella massiliensis commonly emerging in mice and humans subjected to carbohydrate-low diet interventions and highly correlating with serum concentrations of 3HB. Altogether, these results demonstrate that KD induces a 3HB-mediated antineoplastic effect that relies on T cell-mediated cancer immunosurveillance.

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.

SUMMARY Evidence indicates that transposable elements (TEs) stimulate innate sensing pathways in various pathologies but it is not clear whether they are sensed during normal physiological responses. Here we show that, during activation with an exogenous pathogen associated molecular pattern (PAMP), dendritic cells (DCs) epigenetically remodel heterochromatin at TEs by depleting the methyltransferase Suv39h1 and reducing histone-3 lysine-9 trimethylation (H3K9me3). TLR4 signaling activates TE expression to enhance innate responses through the DNA sensor cGAS. Cytosolic cGAS-bound DNA comprised LINE1 TEs as the predominant endogenous ligands. Concordantly, LINE1 inhibition attenuated the type-I IFN response to LPS and rescued influenza virus infection. We propose that in healthy cells, exogenous PAMPs epigenetically activate self-derived PAMPs (LINE1) that engage cGAS to enhance responses. These data explain why pathogens employ redundant and broad innate immune countermeasures, to suppress activation of host PAMPs and illustrate a hitherto unappreciated role for host genome-derived PAMPs in response to pathogens.

Abstract Ageing is characterised at the molecular level by six transcriptional ‘hallmarks of ageing’, that are commonly described as progressively affected as time passes. By contrast, the ‘Smurf’ assay separates high-and-constant-mortality risk individuals from healthy, zero-mortality risk individuals, based on increased intestinal permeability. Performing whole body total RNA sequencing, we found that Smurfness distinguishes transcriptional changes associated with chronological age from those associated with biological age. We show that transcriptional heterogeneity increases with chronological age in non-Smurf individuals preceding the other five hallmarks of ageing, that are specifically associated with the Smurf state. Using this approach, we also devise targeted pro-longevity genetic interventions delaying entry in the Smurf state. We anticipate that increased attention to the evolutionary conserved Smurf phenotype will bring about significant advances in our understanding of the mechanisms of ageing. Graphical abstract The two-phase model of ageing allows to study separately the effect of chronological and physiological age. (A) Classic approaches for studying ageing tend to consider it as a black box affecting all individuals progressively from birth to death. Instead, the Smurf phenotype shows that life can be divided into two consecutive phases separated by an abrupt transition. (B) All individuals undergo this transition at a different moment in their life, prior to death. This allows us to switch from population based approaches, comparing bulks of age-matched individuals through time, to individuals-centred approaches relying on direct access to their transition status. (C) Such paradigm shift shows that hallmarks of ageing long thought to progressively change with age are actually mostly affected in a growing proportion of Smurfs, allowing for the identification of the chain of events accompanying ageing and death from natural causes. (D) By studying the behaviour of the ageing transcriptome as a function of chronological age and Smurfness separately, we demonstrate that the progressively changing transcriptional ageing signature, as described in Frenk & Houseley (2018), is in fact the convolution changes accompanying chronological age signature (increased transcriptional noise) and changes associated with Smurfness (or biological age) signature (increased stress response and inflammation, decreased expression of ribosomal and mitochondrial genes). We also identified a hallmark partially associated with only old Smurfs (ATH5), suggesting that chronological age can affect, late in life, the Smurf response.

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.

Abstract Cushing’s syndrome is caused by an elevation of endogenous or pharmacologically administered glucocorticoids. Acyl coenzyme A binding protein (ACBP, encoded by the gene diazepam binding inhibitor, Dbi ) stimulates food intake and lipo-anabolic reactions. Here we found that plasma ACBP/DBI concentrations were elevated in patients and mice with Cushing’s syndrome. We used several methods for ACBP/DBI inhibition in mice, namely, (1) induction of ACBP/DBI autoantibodies, (2) injection of a neutralizing monoclonal antibody, (3) body-wide or hepatocyte-specific knockout of the Dbi gene, (4) mutation of the ACBP/DBI receptor Gabrg2 and (5) injections of triiodothyronine or (6) the thyroid hormone receptor-β agonist resmetirom to block Dbi transcription. These six approaches abolished manifestations of Cushing’s syndrome such as increased food intake, weight gain, excessive adiposity, liver damage, hypertriglyceridaemia and type 2 diabetes. In conclusion, it appears that ACBP/DBI constitutes an actionable target that is causally involved in the development of Cushing’s syndrome.

Extracellular acyl-coenzyme A binding protein [ACBP encoded by diazepam binding inhibitor (DBI)] is a phylogenetically ancient appetite stimulator that is secreted in a nonconventional, autophagy-dependent fashion. Here, we show that low ACBP/DBI plasma concentrations are associated with poor prognosis in patients with anorexia nervosa, a frequent and often intractable eating disorder. In mice, anorexia induced by chronic restraint stress (CRS) is accompanied by a reduction in circulating ACBP/DBI concentrations. We engineered a chemical-genetic system for the secretion of ACBP/DBI through a biotin-activatable, autophagy-independent pathway. In transgenic mice expressing this system in hepatocytes, biotin-induced elevations in plasma ACBP/DBI concentrations prevented anorexia induced by CRS or chemotherapeutic agents including cisplatin, doxorubicin, and paclitaxel. ACBP/DBI reversed the CRS or cisplatin-induced increase in plasma lipocalin-2 concentrations and the hypothalamic activation of anorexigenic melanocortin 4 receptors, for which lipocalin-2 is an agonist. Daily intravenous injections of recombinant ACBP/DBI protein or subcutaneous implantation of osmotic pumps releasing recombinant ACBP/DBI mimicked the orexigenic effects of the chemical-genetic system. In conclusion, the supplementation of extracellular and peripheral ACBP/DBI might constitute a viable strategy for treating anorexia.