The Bioperl project is an international open-source collaboration of biologists, bioinformaticians, and computer scientists that has evolved over the past 7 yr into the most comprehensive library of Perl modules available for managing and manipulating life-science information. Bioperl provides an easy-to-use, stable, and consistent programming interface for bioinformatics application programmers. The Bioperl modules have been successfully and repeatedly used to reduce otherwise complex tasks to only a few lines of code. The Bioperl object model has been proven to be flexible enough to support enterprise-level applications such as EnsEMBL, while maintaining an easy learning curve for novice Perl programmers. Bioperl is capable of executing analyses and processing results from programs such as BLAST, ClustalW, or the EMBOSS suite. Interoperation with modules written in Python and Java is supported through the evolving BioCORBA bridge. Bioperl provides access to data stores such as GenBank and SwissProt via a flexible series of sequence input/output modules, and to the emerging common sequence data storage format of the Open Bioinformatics Database Access project. This study describes the overall architecture of the toolkit, the problem domains that it addresses, and gives specific examples of how the toolkit can be used to solve common life-sciences problems. We conclude with a discussion of how the open-source nature of the project has contributed to the development effort. [Supplemental material is available online at www.genome.org . Bioperl is available as open-source software free of charge and is licensed under the Perl Artistic License ( http://www.perl.com/pub/a/language/misc/Artistic.html ). It is available for download at http://www.bioperl.org . Support inquiries should be addressed to bioperl-l@bioperl.org .]

ABSTRACT The highest risk factor for chronic diseases is chronological age, and age-related chronic diseases account for the majority of deaths worldwide. Targeting senescent cells that accumulate in disease-related tissues presents a strategy to reduce disease burden and to increase healthspan. Our goal was the computational identification of senotherapeutic repurposing candidates that potentially eliminate senescent cells, based on their similarity in gene expression effects to dasatinib, a tyrosine-kinase inhibitor that induces apoptosis in certain senescent cell types, and that is frequently used as a senolytic together with quercetin. The natural senolytic piperlongumine (a compound found in long pepper ), and the natural senomorphics parthenolide, phloretin and curcumin (found in various edible plants) were identified as potential substitutes of dasatinib. The gene expression changes underlying the repositioning highlight apoptosis-related genes and pathways. The four compounds, and in particular the top-runner piperlongumine, may be combined with quercetin to obtain natural formulas emulating the dasatinib + quercetin (D+Q) formula that is frequently used in clinical trials targeting senescent cells.

Mutations in the mitochondrial DNA (mtDNA) are widely known to impact on lifespan and tissue integrity. For example, more than 250 pathogenic mtDNA mutations are known, many of which lead to neurological symptoms. In addition, major neurodegenerative diseases share key components of their etiopathogenesis with regard to mtDNA mutations, mitochondrial dysfunction and oxidative stress. In our study we used a set of conplastic mouse models carrying stable point mutations in mitochondrial genes of transfer RNA (tRNA) and oxidative phosphorylation (OXPHOS)-proteins. We analyzed the impact of these mutations on complex traits like lifespan, learning and memory in the ageing process. The combination of both point mutations in the OXPHOS complex IV gene and adenine insertions in the mitochondrially encoded tRNA arginine (tRNA-Arg) gene (mt-Tr) leads to an age-dependent phenotype with elevated mitochondrial superoxide production in the neocortex. Mice with this combination of tRNA and OXPHOS mutations show significantly reduced lifespan and poor physical constitution at the age of 24 months, whereas single point mutations in OXPHOS or mt-tRNA(Arg) do not have this impact. Therefore, we suggest a synergistic effect of these mutations.

Mutations in mitochondrial DNA (mtDNA) lead to heteroplasmy, i.e. the intracellular coexistence of wild-type and mutant mtDNA strands, which impact a wide spectrum of diseases but also physiological processes, including endurance exercise performance in athletes. However, the phenotypic consequences of limited levels of naturally-arising heteroplasmy have not been experimentally studied to date. We hence generated a conplastic mouse strain carrying the mitochondrial genome of a AKR/J mouse strain (B6-mtAKR) together with a C57BL/6J nuclear genomic background, leading to >20% heteroplasmy in the origin of light-strand DNA replication (OriL). These conplastic mice demonstrate a shorter lifespan as well as dysregulation of multiple metabolic pathways, culminating in impaired glucose metabolism, compared to wild-type C57BL/6J mice carrying lower levels of heteroplasmy. Our results indicate that physiologically relevant differences in mtDNA heteroplasmy levels at a single, functionally important site impair metabolic health and lifespan in mice.

To explore the molecular processes underlying some biological theme of interest based on public data, gene lists are used herein as input for the construction of annotated pathway maps, employing Cytoscape apps, and then high-throughput ("omics") gene expression data are overlaid onto these maps. Seeded with a published set of marker genes of the senescence-associated secretory phenotype and the genes of the cellular senescence KEGG pathway, a gene/protein interaction network and annotated clusters (a "pathway map") of cellular senescence are derived. The map can be amended, by adding some application-specific genes, and overlaid with gene expression data describing cellular senescence of fibroblasts and with disease-related gene expression data associated with prostate and pancreatic cancer, and with ischemic stroke, allowing insights into the role of cellular senescence in disease. Some gene expression data are derived from the "Biomarker Benchmark repository". The pathway map approach can be followed in principle for any biological theme of interest, fostering much-needed independence from the investigator-biased expert networks usually used for overlaying gene expression data.

Early mouse embryos have an atypical translational machinery comprised of cytoplasmic lattices, poorly competent for translation. Thus, the impact of transcriptomic changes on the operational levels of proteins has likely been overestimated in the past. To find out, we used liquid chromatography-tandem mass spectrometry to detect and quantify 6,550 proteins in the oocyte and in six developmental stages (from zygote to blastocyst) collected in triplicates, and we also performed mRNA sequencing. In contrast to the known split between the 2-cell and 4-cell stages at the transcript level, on the protein level the oocyte-to-embryo transition appeared to last until the morula stage. In general, protein abundance profiles were weakly correlated with those of their cognate mRNAs and we found little or no concordance between changes in protein and transcript expression relative to the oocyte at early stages. However, concordance increased towards morula and blastocyst, hinting at a more direct coupling of proteins with transcripts at these stages, in agreement with the increase in free ribosome abundance. Independent validation by immunofluorescence and qPCR confirmed the existence of genes featuring strongly positively and negatively correlated protein and transcript. Moreover, consistent coverage of most known protein complexes indicates that our dataset represents a large fraction of the expressed proteome. Finally, we identified 20 markers, including members of the endoplasmic reticulum pathway, for discriminating between early and late stages. This resource contributes towards closing the gap between the 'predicted' phenotype, based on mRNA, and the 'actual' phenotype, based on protein, of the mouse embryo.

Abstract In oocyte biology the zona pellucida has long been known to operate three extracellular functions, namely, encasing the oocytes in ovarian follicles, mediating sperm-oocyte interaction and preventing premature embryo contact with maternal epithelia. The present study uncovers a fourth function that is fundamentally distinct from the other three, being critical for embryonic cell survival. Intriguingly, the three proteins of the mouse zona pellucida (ZP1, ZP2, ZP3) were found abundantly present also inside the embryo four days after fertilization, as shown by mass spectrometry, immunoblotting and immunofluorescence. Trim-away -mediated knockdown of ZPs in fertilized oocytes resulted in various grades of embryopathy: knockdown of ZP1 impeded blastocyst expansion, knockdown of ZP2 hampered the 2 nd zygotic cleavage, while knockdown of ZP3 hampered the 1 st zygotic cleavage - unlike the overexpression. Transcriptome analysis of ZP3-knockdown embryos pointed at defects of cytoplasmic translation in the context of embryonic genome activation. This conclusion was supported by reduced protein synthesis in the ZP3-knockdown and by the lack of cleavage arrest when knockdown was postponed from the 1-cell to the late 2-cell stage. These data place constraints on the long-standing notion that the zona pellucida proteins only operate in the extracellular space. We postulate that such noncanonical localization of ZP3 reflect novel roles in the embryo’s interior during the oocyte-to-embryo transition in mice. Graphical abstract

Abstract Health(span)-related gene clusters/modules were recently identified based on knowledge about the cross-species genetic basis of health, to interpret transcriptomic datasets describing health-related interventions. However, the cross-species comparison of health-related observations reveals a lot of heterogeneity, not least due to widely varying health(span) definitions and study designs, posing a challenge for the exploration of conserved healthspan modules and, specifically, their transfer across species. To improve the identification and exploration of conserved/transferable healthspan modules, here we apply an established workflow based on gene co-expression network analyses employing GEO/ArrayExpress data for human and animal models, and perform a comprehensive meta-analysis of the resulting modules related to health(span), yielding a small set of health(span) candidate genes, backed by the literature. For each experiment, WGCNA (weighted gene correlation network analysis) was thus used to infer modules of genes which correlate in their expression with a “health phenotype score” and to determine the most-connected (hub) genes for each such module, and their interactions. After mapping these hub genes to their human orthologs, 12 health(span) genes were identified in at least two species (ACTN3, ANK1, MRPL18, MYL1, PAXIP1, PPP1CA, SCN3B, SDCBP, SKIV2L, TUBG1, TYROBP, WIPF1), for which enrichment analysis by g:profiler finds an association with actin filament-based movement and associated organelles as well as muscular structures. We conclude that a meta-study of hub genes from co-expression network analyses for the complex phenotype health(span), across multiple species, can yield molecular-mechanistic insights and can direct experimentalists to further investigate the contribution of individual genes and their interactions to health(span).

The combination of senescence triggers with senolytic drugs is considered a promising new approach to cancer therapy. Here, we studied the efficacy of the genotoxic agent etoposide (Eto) and irradiation in inducing senescence of Panc02 pancreatic cancer cells, and the capability of the Bcl-2 inhibitor navitoclax (ABT-263; Nav) to trigger senolysis.