Cellular senescence entails a stable cell-cycle arrest and a pro-inflammatory secretory phenotype, which contributes to aging and age-related diseases. Obesity is associated with increased senescent cell burden and neuropsychiatric disorders, including anxiety and depression. To investigate the role of senescence in obesity-related neuropsychiatric dysfunction, we used the INK-ATTAC mouse model, from which p16Ink4a-expressing senescent cells can be eliminated, and senolytic drugs dasatinib and quercetin. We found that obesity results in the accumulation of senescent glial cells in proximity to the lateral ventricle, a region in which adult neurogenesis occurs. Furthermore, senescent glial cells exhibit excessive fat deposits, a phenotype we termed “accumulation of lipids in senescence.” Clearing senescent cells from high fat-fed or leptin receptor-deficient obese mice restored neurogenesis and alleviated anxiety-related behavior. Our study provides proof-of-concept evidence that senescent cells are major contributors to obesity-induced anxiety and that senolytics are a potential new therapeutic avenue for treating neuropsychiatric disorders.

à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Abstract Cellular senescence is characterized by an irreversible cell cycle arrest and a pro‐inflammatory senescence‐associated secretory phenotype (SASP), which is a major contributor to aging and age‐related diseases. Clearance of senescent cells has been shown to improve brain function in mouse models of neurodegenerative diseases. However, it is still unknown whether senescent cell clearance alleviates cognitive dysfunction during the aging process. To investigate this, we first conducted single‐nuclei and single‐cell RNA‐seq in the hippocampus from young and aged mice. We observed an age‐dependent increase in p16 Ink4a senescent cells, which was more pronounced in microglia and oligodendrocyte progenitor cells and characterized by a SASP. We then aged INK ‐ ATTAC mice, in which p16 Ink4a ‐positive senescent cells can be genetically eliminated upon treatment with the drug AP20187 and treated them either with AP20187 or with the senolytic cocktail Dasatinib and Quercetin. We observed that both strategies resulted in a decrease in p16 Ink4a exclusively in the microglial population, resulting in reduced microglial activation and reduced expression of SASP factors. Importantly, both approaches significantly improved cognitive function in aged mice. Our data provide proof‐of‐concept for senolytic interventions' being a potential therapeutic avenue for alleviating age‐associated cognitive impairment.

Abstract Cancer survivors suffer from progressive frailty, multimorbidity and premature morbidity. We hypothesize that therapy-induced senescence and senescence progression via bystander effects is a significant cause of this premature ageing phenotype. Accordingly, the study addresses the question whether a short anti-senescence intervention is able to block progression of radiation-induced frailty and disability in a pre-clinical setting. Male mice were sub-lethally irradiated at 5 months of age and treated (or not) with either a senolytic drug (Navitoclax or dasatinib + quercetin) for 10 days or with the senostatic metformin for 10 weeks. Follow up was for one year. Treatments commencing within a month after irradiation effectively reduced frailty progression (p<0.05) and improved muscle (p<0.01) and liver (p<0.05) function as well as short-term memory (p<0.05) until advanced age with no need for repeated interventions. Senolytic interventions that started late, after radiation-induced premature frailty was manifest, still had beneficial effects on frailty (p<0.05) and short-term memory (p<0.05). Metformin was similarly effective as senolytics. At therapeutically achievable concentrations metformin acted as a senostatic neither via inhibition of mitochondrial complex I, nor via improvement of mitophagy or mitochondrial function, but by reducing non-mitochondrial ROS production via NOX4 inhibition in senescent cells. Our study suggests that the progression of adverse long-term health and quality-of-life effects of radiation exposure, as experienced by cancer survivors, might be rescued by short-term adjuvant anti-senescence interventions.

Abstract Background Medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumor, with 5-year survival rates &gt; 70%. Cranial radiotherapy (CRT) to the whole brain, with posterior fossa boost (PFB), underpins treatment for non-infants; however, radiotherapeutic insult to the normal brain has deleterious consequences to neurocognitive and physical functioning, and causes accelerated aging/frailty. Approaches to ameliorate radiotherapy-induced late-effects are lacking and a paucity of appropriate model systems hinders their development. Methods We have developed a clinically relevant in vivo model system that recapitulates the radiotherapy dose, targeting, and developmental stage of childhood medulloblastoma. Consistent with human regimens, age-equivalent (postnatal days 35–37) male C57Bl/6J mice received computerized tomography image-guided CRT (human-equivalent 37.5 Gy EQD2, n = 12) ± PFB (human-equivalent 48.7 Gy EQD2, n = 12), via the small animal radiation research platform and were longitudinally assessed for &gt; 12 months. Results CRT was well tolerated, independent of PFB receipt. Compared to a sham-irradiated group (n = 12), irradiated mice were significantly frailer following irradiation (frailty index; P = .0002) and had reduced physical functioning; time to fall from a rotating rod (rotarod; P = .026) and grip strength (P = .006) were significantly lower. Neurocognitive deficits were consistent with childhood MB survivors; irradiated mice displayed significantly worse working memory (Y-maze; P = .009) and exhibited spatial memory deficits (Barnes maze; P = .029). Receipt of PFB did not induce a more severe late-effect profile. Conclusions Our in vivo model mirrored childhood MB radiotherapy and recapitulated features observed in the late-effect profile of MB survivors. Our clinically relevant model will facilitate both the elucidation of novel/target mechanisms underpinning MB late effects and the development of novel interventions for their amelioration.

Abstract Anti-senescence interventions are exceptionally effective in alleviating a wide range of age-associated diseases and disabilities. However, the sensitivity and specificity of current senolytic interventions are limited. Mitochondrial dysfunction is an integral part of the senescent phenotype and we demonstrate that specific loss of complex I-linked coupled respiration and the inability to maintain mitochondrial membrane potential upon respiratory stimulation are early and persistent features in a cell’s progression towards senescence. We thus identify senescence-associated mitochondrial dysfunction as a targetable vulnerability of senescent cells and show that further decreasing mitochondrial membrane potential of senescent cells with a low concentration of a mitochondrial uncoupler synergistically enhances the in vitro senolytic efficacy of BH3 mimetic drugs, including Navitoclax, by up two orders of magnitude. Moreover, in an in vivo mouse model of radiation-induced premature ageing, we show that a short-term intervention combining the mitochondrial uncoupler BAM15 with Navitoclax at a dose two orders of magnitude lower than typically used reduces frailty and improves cognitive function for at least 8 months after irradiation. Therefore our study shows that compromised mitochondrial functional capacity is a specific vulnerability of senescent cells which can be targeted by mild uncoupling in vitro and in vivo .

Single-ingredient dietary supplements have demonstrated some potential to extend lifespan and improve healthspan; however, the efficacy of defined multi-ingredient nutraceuticals remains underexplored. Senolytic interventions have been successful in reducing multi-morbidity, frailty, and cognitive decline in animal models and are seen as promising anti-ageing interventions in mammals. We compared the effects of a 12-ingredient nutraceutical on mice lifespan and healthspan markers with that of a high efficacy senolytic intervention consisting of a low dose of Navitoclax combined with the specific mitochondrial uncoupler BAM15. Both interventions were started at old age (20 months). The supplement was given daily until the end of the experiment (30 months of age), but the senolytic intervention consisted of two short (5 days each) rounds of treatment at 20 and 23 months of age. Despite late onset, both interventions increased median lifespan similarly by around 20% over controls. The senolytic intervention significantly reduced frailty progression and improved cognitive function after the second round of treatment, but without subsequent treatment, these effects appeared to wane at later ages. The multi-ingredient supplement tended to reduce frailty progression steadily with time, albeit not significant, and maintained cognitive function. Mechanistically, in vitro, there was no evidence of senolytic activity of the multi-ingredient nutraceutical as a whole nor of its individual ingredients. Continuous multi-ingredient dietary supplementation shows promise in achieving comparable anti-ageing efficacy as a senolytic intervention.

Ageing is the biggest risk factor for cardiovascular health and is associated with increased incidence of cardiovascular disease. Cellular senescence, a process driven in part by telomere shortening, has been implicated in age-related tissue dysfunction. Here, we address the question of how senescence is induced in rarely dividing/post-mitotic cardiomyocytes and investigate if clearance of senescent cells attenuates age related cardiac dysfunction. During ageing, human and murine cardiomyocytes acquire a senescent-like phenotype characterised by persistent DNA damage at telomere regions that can be driven by mitochondrial dysfunction, and crucially can occur independently of cell-division and telomere length. Length-independent telomere damage in cardiomyocytes activates the classical senescence-inducing pathways, p21CIP and p16INK4a and results in a non-canonical senescence-associated secretory phenotype. Pharmacological or genetic clearance of senescent cells in mice alleviates myocardial hypertrophy and fibrosis, detrimental features of cardiac ageing, and promotes cardiomyocyte regeneration. Our data describes a mechanism by which senescence can occur and contribute to ageing in post-mitotic tissues.

Abstract BACKGROUND Medulloblastoma (MB) is the most common malignant paediatric brain tumour, with 5-year survival rates &gt;70%. Survivors frequently suffer a wide-range of late-effects due to their tumour and its treatment. Cranial radiotherapy (CRT) to the whole-brain, with posterior fossa boost (PFB), underpins treatment for non-infants, however, radiotherapeutic insult to normal brain tissue has deleterious consequences to neurocognitive and physical functioning, and causes accelerated ageing/frailty. Unfortunately, approaches to ameliorate radiotherapy-induced late-effects are lacking and a paucity of appropriate model systems hinders their development. METHODS We have developed a clinically-relevant in vivo model system that recapitulates the radiotherapy dose, delivery and late-effect profile of childhood medulloblastoma, at an equivalent developmental stage. Consistent with human regimens, age-equivalent (postnatal days 28-37) C57Bl/6J mice received targeted, CT image-guided, CRT (human-equivalent 38 Gy, n=12) or CRT with PFB (human-equivalent 49 Gy, n=12), via the small animal radiation research platform (SARRP) and were longitudinally assessed for over a year. Late-effects were compared to a sham-irradiated group (n=12). RESULTS CRT was well tolerated, independent of PFB receipt, and no mice suffered severe acute toxicity. Mice were significantly more frail following irradiation (frailty index; p=0.0002) and had reduced physical functioning; time to fall from a rotating rod and grip strength were significantly lower (rotarod; p=0.026 and grip strength; p=0.006, respectively). Neurocognitive deficits were consistent with those observed in childhood MB survivors; irradiated mice displayed significantly worse working memory (Y-maze; p=0.009) and exhibited spatial memory deficits (Barnes maze; p=0.029). Receipt of PFB did not induce a more severe late-effect profile. CONCLUSION We conclude that our in vivo model of childhood MB radiotherapy recapitulates the late-effect profile of MB survivors. Our clinically-relevant model will facilitate both the elucidation of novel/target mechanisms underpinning MB late-effects and the development of novel interventions for their amelioration.