Abstract Background Cellular senescence, a permanent state of replicative arrest in otherwise proliferating cells, is a hallmark of aging and has been linked to aging-related diseases. Many genes play a role in cellular senescence, yet a comprehensive understanding of its pathways is still lacking. Results We develop CellAge ( http://genomics.senescence.info/cells ), a manually curated database of 279 human genes driving cellular senescence, and perform various integrative analyses. Genes inducing cellular senescence tend to be overexpressed with age in human tissues and are significantly overrepresented in anti-longevity and tumor-suppressor genes, while genes inhibiting cellular senescence overlap with pro-longevity and oncogenes. Furthermore, cellular senescence genes are strongly conserved in mammals but not in invertebrates. We also build cellular senescence protein-protein interaction and co-expression networks. Clusters in the networks are enriched for cell cycle and immunological processes. Network topological parameters also reveal novel potential cellular senescence regulators. Using siRNAs, we observe that all 26 candidates tested induce at least one marker of senescence with 13 genes ( C9orf40 , CDC25A , CDCA4 , CKAP2 , GTF3C4 , HAUS4 , IMMT , MCM7 , MTHFD2 , MYBL2 , NEK2 , NIPA2 , and TCEB3 ) decreasing cell number, activating p16/p21, and undergoing morphological changes that resemble cellular senescence. Conclusions Overall, our work provides a benchmark resource for researchers to study cellular senescence, and our systems biology analyses reveal new insights and gene regulators of cellular senescence.

Abstract Background Restraining or slowing ageing hallmarks at the cellular level have been proposed as a route to increased organismal lifespan and healthspan. Consequently, there is great interest in anti-ageing drug discovery. However, this currently requires laborious and lengthy longevity analysis. Here, we present a novel screening readout for the expedited discovery of compounds that restrain ageing of cell populations in vitro and enable extension of in vivo lifespan. Methods Using Illumina methylation arrays, we monitored DNA methylation changes accompanying long-term passaging of adult primary human cells in culture. This enabled us to develop, test, and validate the CellPopAge Clock, an epigenetic clock with underlying algorithm, unique among existing epigenetic clocks for its design to detect anti-ageing compounds in vitro. Additionally, we measured markers of senescence and performed longevity experiments in vivo in Drosophila , to further validate our approach to discover novel anti-ageing compounds. Finally, we bench mark our epigenetic clock with other available epigenetic clocks to consolidate its usefulness and specialisation for primary cells in culture. Results We developed a novel epigenetic clock, the CellPopAge Clock, to accurately monitor the age of a population of adult human primary cells. We find that the CellPopAge Clock can detect decelerated passage-based ageing of human primary cells treated with rapamycin or trametinib, well-established longevity drugs. We then utilise the CellPopAge Clock as a screening tool for the identification of compounds which decelerate ageing of cell populations, uncovering novel anti-ageing drugs, torin2 and dactolisib (BEZ-235). We demonstrate that delayed epigenetic ageing in human primary cells treated with anti-ageing compounds is accompanied by a reduction in senescence and ageing biomarkers. Finally, we extend our screening platform in vivo by taking advantage of a specially formulated holidic medium for increased drug bioavailability in Drosophila . We show that the novel anti-ageing drugs, torin2 and dactolisib (BEZ-235), increase longevity in vivo. Conclusions Our method expands the scope of CpG methylation profiling to accurately and rapidly detecting anti-ageing potential of drugs using human cells in vitro, and in vivo, providing a novel accelerated discovery platform to test sought after anti-ageing compounds and geroprotectors.

Summary Senescence, a state of stable growth arrest, plays an important role in ageing and age-related diseases in vivo . Although the INK4/ARF locus is known to be essential for senescence programs, the key regulators driving p16 and ARF transcription remain largely underexplored. Using siRNA screening for modulators of the p16/pRB and ARF/p53/p21 pathways in deeply senescent human mammary epithelial cells (DS HMECs) and fibroblasts (DS HMFs), we identified EGR2 as a novel regulator of senescence. EGR2 expression is up-regulated during senescence and its ablation by siRNA in DS HMECs and HMFs transiently reverses the senescent phenotype. We demonstrate that EGR2 activates the ARF and p16 promoters and directly binds to the ARF promoter. Loss of EGR2 downregulates p16 levels and increases the pool of p16- p21- ‘reversed’ cells in the population. Moreover, EGR2 overexpression is sufficient to induce senescence. Our data suggest that EGR2 is a regulator of the p16/pRB and direct transcriptional activator of the ARF/p53/p21 pathways in senescence and a novel marker of senescence.

Abstract Recent studies have shown the tumor extracellular matrix (ECM) associates with immunosuppression, and that targeting the ECM can improve immune infiltration and immunotherapy response. A question that remains is whether the ECM is directly educating the immune phenotypes seen in cancer. We identified a tumor-associated macrophage (TAM) population correlated with poor prognosis, interruption of the cancer immunity cycle, and tumor ECM composition. To investigate whether ECM was capable of generating the TAM phenotype seen, we developed a decellularized tissue model that retains the native ECM architecture and composition. Macrophages cultured on decellularized ovarian metastasis shared transcriptional profiles with the TAMs found in human tissues. ECM educated macrophages have a tissue remodeling and immunoregulatory phenotype, inducing altered T cell function. We conclude that the tumor ECM is directly educating this macrophage population found in cancer tissues. Therefore, current and emerging cancer therapies that target the tumor ECM may be tailored to improve macrophage phenotype and their downstream regulation of immunity.

Abstract Crosstalk between cancer and stellate cells is pivotal in pancreatic cancer, resulting in differentiation of stellate cells into myofibroblasts that drive. To assess co-operative mechanisms in a 3D context, we generated chimeric spheroids using human and mouse cancer and stellate cells. Species-specific deconvolution of bulk-RNA sequencing data revealed cell type-specific transcriptomes underpinning invasion. This dataset highlighted stellate-specific expression of the collagen-processing enzymes ADAMTS2 and ADAMTS14. While both proteases contributed to collagen-processing, loss of ADAMTS2 reduced, while loss of ADAMTS14 promoted, myofibroblast differentiation and invasion. Proteomic analysis revealed enrichment of known, protease-specific substrates following knockdown of either protease. Functional analysis demonstrated that these two enzymes regulate myofibroblast differentiation through opposing roles in regulating transforming growth factor β availability, acting on protease-specific substrates, SERPINE2 and Fibulin2, for ADAMTS2 and ADAMTS14, respectively. Showcasing a broader complexity for these enzymes, we uncover a novel regulatory axis governing malignant behaviour of the pancreatic cancer stroma.

We aim to improve anti-ageing drug discovery, currently achieved through laborious and lengthy longevity analysis. Recent studies demonstrated that the most accurate molecular method to measure human age is based on CpG methylation profiles, as exemplified by several epigenetics clocks that can accurately predict an individual's age. Here, we developed CellAge, a new epigenetic clock that measures subtle ageing changes in primary human cells in vitro. As such, it provides a unique tool to measure the effects of relatively short pharmacological treatments on ageing. We validated our CellAge clock against known longevity drugs such as rapamycin and trametinib. Moreover, we uncovered novel anti-ageing drugs, torin2 and Dactolisib (BEZ-235), demonstrating the value of our approach as a screening and discovery platform for anti-ageing strategies. CellAge outperforms other epigenetic clocks in measuring subtle ageing changes in primary human cells in culture. The tested drug treatments reduced senescence and other ageing markers, further consolidating our approach as a screening platform. Finally, we showed that the novel anti-ageing drugs we uncovered in vitro, indeed increased longevity in vivo. Our method expands the scope of CpG methylation profiling from measuring human chronological and biological age from human samples in years, to accurately and rapidly detecting anti-ageing potential of drugs using human cells in vitro, providing a novel accelerated discovery platform to test sought after geroprotectors.

Aging (senescence) is characterized by the development of numerous pathologies, some of which limit lifespan. Key to understanding aging is discovery of the mechanisms (etiologies) that cause senescent pathology. In Caenorhabditis elegans a major senescent pathology of unknown etiology is atrophy of its principal metabolic organ, the intestine. Here we identify a cause of not only this pathology, but also of yolky lipid accumulation and redistribution (a form of senescent obesity): autophagy-mediated conversion of intestinal biomass into yolk. Inhibiting intestinal autophagy or vitellogenesis rescues both visceral pathologies, and can also extend lifespan. This defines a disease syndrome leading to polymorbidity and contributing to late-life mortality. Activation of gut-to-yolk biomass conversion by insulin/IGF-1 signaling (IIS) promotes reproduction and senescence. This illustrates how major, IIS- promoted senescent pathologies in C. elegans can originate not from damage accumulation, but from continued action of a wild-type function (vitellogenesis), consistent with the recently proposed hyperfunction theory of aging.

Cellular senescence, a permanent state of replicative arrest in otherwise proliferating cells, is a hallmark of ageing and has been linked to ageing-related diseases like cancer. Senescent cells have been shown to accumulate in tissues of aged organisms which in turn can lead to chronic inflammation. Many genes have been associated with cell senescence, yet a comprehensive understanding of cell senescence pathways is still lacking. To this end, we created CellAge (http://genomics.senescence.info/cells), a manually curated database of 279 human genes associated with cellular senescence, and performed various integrative and functional analyses. We observed that genes promoting cell senescence tend to be overexpressed with age in human tissues and are also significantly overrepresented in anti-longevity and tumour-suppressor gene databases. By contrast, genes inhibiting cell senescence overlapped with pro-longevity genes and oncogenes. Furthermore, an evolutionary analysis revealed a strong conservation of senescence-associated genes in mammals, but not in invertebrates. Using the CellAge genes as seed nodes, we also built protein-protein interaction and co-expression networks. Clusters in the networks were enriched for cell cycle and immunological processes. Network topological parameters also revealed novel potential senescence-associated regulators. We then used siRNAs and observed that of 26 candidates tested, 19 induced markers of senescence. Overall, our work provides a new resource for researchers to study cell senescence and our systems biology analyses provide new insights and novel genes regarding cell senescence.