The senescence-associated secretory phenotype (SASP) has recently emerged as a driver of and promising therapeutic target for multiple age-related conditions, ranging from neurodegeneration to cancer. The complexity of the SASP, typically assessed by a few dozen secreted proteins, has been greatly underestimated, and a small set of factors cannot explain the diverse phenotypes it produces in vivo. Here, we present the “SASP Atlas,” a comprehensive proteomic database of soluble proteins and exosomal cargo SASP factors originating from multiple senescence inducers and cell types. Each profile consists of hundreds of largely distinct proteins but also includes a subset of proteins elevated in all SASPs. Our analyses identify several candidate biomarkers of cellular senescence that overlap with aging markers in human plasma, including Growth/differentiation factor 15 (GDF15), stanniocalcin 1 (STC1), and serine protease inhibitors (SERPINs), which significantly correlated with age in plasma from a human cohort, the Baltimore Longitudinal Study of Aging (BLSA). Our findings will facilitate the identification of proteins characteristic of senescence-associated phenotypes and catalog potential senescence biomarkers to assess the burden, originating stimulus, and tissue of origin of senescent cells in vivo.

The senescence-associated secretory phenotype (SASP) has recently emerged as a driver of, and promising therapeutic target for, multiple age-related conditions, ranging from neurodegeneration to cancer. The complexity of the SASP, typically assessed by a few dozen secreted proteins, has been greatly underestimated, and a small set of factors cannot explain the diverse phenotypes it produces in vivo . Here, we present the ‘SASP Atlas’, a comprehensive proteomic database of soluble and exosome SASP factors originating from multiple senescence inducers and cell types. Each profile consists of hundreds of largely distinct proteins, but also includes a subset of proteins elevated in all SASPs. Our analyses identify several candidate biomarkers of cellular senescence that overlap with aging markers in human plasma, including GDF15, STC1 and SERPINs, which significantly correlated with age in plasma from a human cohort, the Baltimore Longitudinal Study of Aging. Our findings will facilitate the identification of proteins characteristic of senescence-associated phenotypes and catalog potential senescence biomarkers to assess the burden, originating stimulus and tissue of origin of senescent cells in vivo .Abbreviations ATV, atazanavir treatment; BLSA, Baltimore Longitudinal Study of Aging; CTL, control; DDA, data-dependent acquisition; DAMP, damage-associated molecular pattern; DIA, data-independent acquisition; eSASP, extracellular vesicle senescence associated secretory phenotype; EVs, extracellular vesicles; IR, X-irradiation; MS, mass spectrometry; RAS, inducible RAS overexpression; SA-β-Gal, senescence-associated β-galactosidase; SEN, senescent; sSASP, soluble senescence associated secretory phenotype.

ABSTRACT Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disease caused by a CAG repeat expansion in the Huntingtin ( HTT ) gene. The resulting polyglutamine (polyQ) tract alters the function of the HTT protein. Although HTT is expressed in different tissues, the medium spiny projection neurons (MSNs) in the striatum are particularly vulnerable in HD. Thus, we sought to define the proteome of human HD patient-derived MSNs. We differentiated HD72 induced pluripotent stem cells and isogenic controls into MSNs and carried out quantitative proteomic analysis by two approaches. First, using data-dependent acquisitions with FAIMS (FAIMS-DDA) for label-free quantification on the Orbitrap Lumos mass spectrometer, we identified 6,323 proteins with at least two unique peptides (FDR ≤ 0.01). Of these, 901 proteins were significantly altered in the HD72-MSNs, compared to isogenic controls. Second, we quantitatively validated protein candidates by comprehensive data-independent acquisitions on a TripleTOF 6600 mass spectrometer quantifying 3,106 proteins with at least two unique peptides. Functional enrichment analysis identified pathways related to the extracellular matrix, including TGF-ý regulation of extracellular matrix, epithelial-mesenchymal transition, DNA replication, senescence, cardiovascular system, organism development, regulation of cell migration and locomotion, aminoglycan glycosaminoglycan proteoglycan, growth factor stimulus and fatty acid processes. Conversely, processes associated with the downregulated proteins included neurogenesis-axogenesis, the brain-derived neurotrophic factor-signaling pathway, Ephrin-A: EphA pathway, regulation of synaptic plasticity, triglyceride homeostasis cholesterol, plasmid lipoprotein particle immune response, interferon-γ signaling, immune system major histocompatibility complex, lipid metabolism and cellular response to stimulus. Moreover, proteins involved in the formation and maintenance of axons, dendrites, and synapses (e.g., Septin protein members) are dysregulated in HD72-MSNs. Importantly, lipid metabolism pathways were altered, and we found that lipid droplets accumulated in the HD72-MSNs, suggesting a deficit in lipophagy. Our proteomics analysis of HD72-MSNs identified relevant pathways that are altered in MSNs and confirm current and new therapeutic targets for HD.