Gene expression profiling has identified numerous processes altered in aging, but how these changes arise is largely unknown. Here we combined nascent RNA sequencing and RNA polymerase II chromatin immunoprecipitation followed by sequencing to elucidate the underlying mechanisms triggering gene expression changes in wild-type aged mice. We found that in 2-year-old liver, 40% of elongating RNA polymerases are stalled, lowering productive transcription and skewing transcriptional output in a gene-length-dependent fashion. We demonstrate that this transcriptional stress is caused by endogenous DNA damage and explains the majority of gene expression changes in aging in most mainly postmitotic organs, specifically affecting aging hallmark pathways such as nutrient sensing, autophagy, proteostasis, energy metabolism, immune function and cellular stress resilience. Age-related transcriptional stress is evolutionary conserved from nematodes to humans. Thus, accumulation of stochastic endogenous DNA damage during aging deteriorates basal transcription, which establishes the age-related transcriptome and causes dysfunction of key aging hallmark pathways, disclosing how DNA damage functionally underlies major aspects of normal aging.

Peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) using 177Lu-DOTA-TATE has recently been evaluated for the treatment of meningioma patients. However, current knowledge of the underlying radiation biology is limited, in part due to the lack of appropriate in vitro models. Here, we demonstrate proof-of-concept of a meningioma patient-derived 3D culture model to assess the short-term response to radiation therapies such as PRRT and external beam radiotherapy (EBRT). We established short-term cultures (1 week) for 16 meningiomas with high efficiency and yield. In general, meningioma spheroids retained characteristics of the parental tumor during the initial days of culturing. For a subset of tumors, clear changes towards a more aggressive phenotype were visible over time, indicating that the culture method induced dedifferentiation of meningioma cells. To assess PRRT efficacy, we demonstrated specific uptake of 177Lu-DOTA-TATE via somatostatin receptor subtype 2 (SSTR2), which was highly overexpressed in the majority of tumor samples. PRRT induced DNA damage which was detectable for an extended timeframe as compared to EBRT. Interestingly, levels of DNA damage in spheroids after PRRT correlated with SSTR2-expression levels of parental tumors. Our patient-derived meningioma culture model can be used to assess the short-term response to PRRT and EBRT in radiobiological studies. Further improvement of this model should pave the way towards the development of a relevant culture model for assessment of the long-term response to radiation and, potentially, individual patient responses to PRRT and EBRT.