Aging is associated with an increased risk of cardiovascular disease and death. Here we show that oral supplementation of the natural polyamine spermidine extends the lifespan of mice and exerts cardioprotective effects, reducing cardiac hypertrophy and preserving diastolic function in old mice. Spermidine feeding enhanced cardiac autophagy, mitophagy and mitochondrial respiration, and it also improved the mechano-elastical properties of cardiomyocytes in vivo, coinciding with increased titin phosphorylation and suppressed subclinical inflammation. Spermidine feeding failed to provide cardioprotection in mice that lack the autophagy-related protein Atg5 in cardiomyocytes. In Dahl salt-sensitive rats that were fed a high-salt diet, a model for hypertension-induced congestive heart failure, spermidine feeding reduced systemic blood pressure, increased titin phosphorylation and prevented cardiac hypertrophy and a decline in diastolic function, thus delaying the progression to heart failure. In humans, high levels of dietary spermidine, as assessed from food questionnaires, correlated with reduced blood pressure and a lower incidence of cardiovascular disease. Our results suggest a new and feasible strategy for protection against cardiovascular disease.

Acetyl-coenzyme A (AcCoA) is a major integrator of the nutritional status at the crossroads of fat, sugar, and protein catabolism. Here we show that nutrient starvation causes rapid depletion of AcCoA. AcCoA depletion entailed the commensurate reduction in the overall acetylation of cytoplasmic proteins, as well as the induction of autophagy, a homeostatic process of self-digestion. Multiple distinct manipulations designed to increase or reduce cytosolic AcCoA led to the suppression or induction of autophagy, respectively, both in cultured human cells and in mice. Moreover, maintenance of high AcCoA levels inhibited maladaptive autophagy in a model of cardiac pressure overload. Depletion of AcCoA reduced the activity of the acetyltransferase EP300, and EP300 was required for the suppression of autophagy by high AcCoA levels. Altogether, our results indicate that cytosolic AcCoA functions as a central metabolic regulator of autophagy, thus delineating AcCoA-centered pharmacological strategies that allow for the therapeutic manipulation of autophagy.

Caloric restriction mimetics (CRMs) mimic the biochemical effects of nutrient deprivation by reducing lysine acetylation of cellular proteins, thus triggering autophagy. Treatment with the CRM hydroxycitrate, an inhibitor of ATP citrate lyase, induced the depletion of regulatory T cells (which dampen anticancer immunity) from autophagy-competent, but not autophagy-deficient, mutant KRAS-induced lung cancers in mice, thereby improving anticancer immunosurveillance and reducing tumor mass. Short-term fasting or treatment with several chemically unrelated autophagy-inducing CRMs, including hydroxycitrate and spermidine, improved the inhibition of tumor growth by chemotherapy in vivo. This effect was only observed for autophagy-competent tumors, depended on the presence of T lymphocytes, and was accompanied by the depletion of regulatory T cells from the tumor bed.

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.

Healthy aging depends on removal of damaged cellular material that is in part mediated by autophagy. The nutritional status of cells affects both aging and autophagy through as-yet-elusive metabolic circuitries. Here, we show that nucleocytosolic acetyl-coenzyme A (AcCoA) production is a metabolic repressor of autophagy during aging in yeast. Blocking the mitochondrial route to AcCoA by deletion of the CoA-transferase ACH1 caused cytosolic accumulation of the AcCoA precursor acetate. This led to hyperactivation of nucleocytosolic AcCoA-synthetase Acs2p, triggering histone acetylation, repression of autophagy genes, and an age-dependent defect in autophagic flux, culminating in a reduced lifespan. Inhibition of nutrient signaling failed to restore, while simultaneous knockdown of ACS2 reinstated, autophagy and survival of ach1 mutant. Brain-specific knockdown of Drosophila AcCoA synthetase was sufficient to enhance autophagic protein clearance and prolong lifespan. Since AcCoA integrates various nutrition pathways, our findings may explain diet-dependent lifespan and autophagy regulation.

Autophagy is a cellular recycling program that retards ageing by efficiently eliminating damaged and potentially harmful organelles and intracellular protein aggregates. Here, we show that the abundance of phosphatidylethanolamine (PE) positively regulates autophagy. Reduction of intracellular PE levels by knocking out either of the two yeast phosphatidylserine decarboxylases (PSD) accelerated chronological ageing-associated production of reactive oxygen species and death. Conversely, the artificial increase of intracellular PE levels, by provision of its precursor ethanolamine or by overexpression of the PE-generating enzyme Psd1, significantly increased autophagic flux, both in yeast and in mammalian cell culture. Importantly administration of ethanolamine was sufficient to extend the lifespan of yeast (Saccharomyces cerevisiae), mammalian cells (U2OS, H4) and flies (Drosophila melanogaster). We thus postulate that the availability of PE may constitute a bottleneck for functional autophagy and that organismal life or healthspan could be positively influenced by the consumption of ethanolamine-rich food.

The ectopic expression of the transcription factors OCT4, SOX2, KLF4 and MYC (OSKM) enables reprogramming of differentiated cells into pluripotent embryonic stem cells. Methods based on partial and reversible in vivo reprogramming are a promising strategy for tissue regeneration and rejuvenation. However, little is known about the barriers that impair reprogramming in an in vivo context. We report that natural killer (NK) cells significantly limit reprogramming, both in vitro and in vivo. Cells and tissues in the intermediate states of reprogramming upregulate the expression of NK-activating ligands, such as MULT1 and ICAM1. NK cells recognize and kill partially reprogrammed cells in a degranulation-dependent manner. Importantly, in vivo partial reprogramming is strongly reduced by adoptive transfer of NK cells, whereas it is significantly increased by their depletion. Notably, in the absence of NK cells, the pancreatic organoids derived from OSKM-expressing mice are remarkably large, suggesting that ablating NK surveillance favours the acquisition of progenitor-like properties. We conclude that NK cells pose an important barrier for in vivo reprogramming, and speculate that this concept may apply to other contexts of transient cellular plasticity.

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.