Reproductive aging in female mammals is an irreversible process associated with declining oocyte quality, which is the rate-limiting factor to fertility. Here, we show that this loss of oocyte quality with age accompanies declining levels of the prominent metabolic cofactor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+). Treatment with the NAD+ metabolic precursor nicotinamide mononucleotide (NMN) rejuvenates oocyte quality in aged animals, leading to restoration in fertility, and this can be recapitulated by transgenic overexpression of the NAD+-dependent deacylase SIRT2, though deletion of this enzyme does not impair oocyte quality. These benefits of NMN extend to the developing embryo, where supplementation reverses the adverse effect of maternal age on developmental milestones. These findings suggest that late-life restoration of NAD+ levels represents an opportunity to rescue female reproductive function in mammals.

Ovarian tissue cryopreservation and future transplantation is the only strategy to preserve the fertility of young female adolescent and prepubertal patients. The primary challenge to ovarian graft longevity is the substantial loss of primordial follicles during the period of ischaemia post-transplantation. Nicotinamide mononucleotide (NMN), a precursor of the essential metabolite NAD + , is known to reduce ischaemic damage. Therefore, the objective of the current study was to assess the impact of short- and long-term NMN administration on follicle number and health following ovarian tissue transplantation. Hemi-ovaries from C57Bl6 mice ( n = 8–12/group) were transplanted under the kidney capsule of bilaterally ovariectomised severe combined immunodeficient (SCID) mice. Recipient mice were administered either normal drinking water or water supplemented with NMN (2 g/L) for either 14 or 56 days. At the end of each treatment period, ovarian transplants were collected. There was no effect of NMN on the resumption of oestrous or length of oestrous cycles. Transplantation significantly reduced the total number of follicles with the greatest impact observed at the primordial follicle stage. We report that NMN did not prevent this loss. While NMN did not significantly impact the proportion of apoptotic follicles, NMN normalised PCNA expression at the primordial and intermediate stages but not at later stages. In conclusion, NMN administration did not prevent ovarian follicle loss under the conditions of this study.

ABSTRACT Mammalian oocytes develop and mature in a mutually dependent relationship with surrounding cumulus cells. The oocyte actively regulates cumulus cell differentiation and function by secreting soluble paracrine oocyte-secreted factors (OSFs). We characterized the molecular mechanisms by which two model OSFs, cumulin and BMP15, regulate oocyte maturation and cumulus-oocyte cooperativity. Exposure to these OSFs during maturation altered the proteomic and multispectral autofluorescence profiles of both the oocyte and cumulus cells. In oocytes, cumulin significantly upregulated proteins involved in nuclear function. In cumulus cells, both OSFs elicited marked upregulation of a variety of metabolic processes (mostly anabolic), including lipid, nucleotide, and carbohydrate metabolism, while mitochondrial metabolic processes were downregulated. The mitochondrial changes were validated by functional assays confirming altered mitochondrial morphology, respiration, and content, whilst maintaining ATP homeostasis. Collectively, these data demonstrate that OSFs remodel cumulus cell metabolism during oocyte maturation in preparation for ensuing fertilization and embryonic development. HIGHLIGHTS During oocyte maturation, oocyte-secreted factors promote cell cooperativity between the oocyte and cumulus cells by altering the molecular composition of both cell types. Oocyte-secreted factors downregulate protein catabolic processes, and upregulate DNA binding, translation, and ribosome assembly in oocytes. Oocyte-secreted factors alter mitochondrial number, morphology, and function in cumulus cells. Oocyte-secreted factors further enhance metabolic plasticity in cumulus cells by upregulating anabolic pathways for macromolecules and small molecule organics. The oocyte, via oocyte-secreted factors, instructs cumulus cells to increase metabolic workload on its behalf, thereby subduing oocyte metabolism.

Abstract Female infertility is a common and devastating condition with life-long health, emotional and social consequences. There is currently no pharmacological therapy for preserving oocyte quality during aging, which is the strongest risk factor for infertility. This leads to an age dependent decline in natural conception and IVF success rates (1). Here, we show that this is due in part to declining levels of the metabolic cofactor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + ), and that restoring NAD + levels with its metabolic precursor nicotinamide mononucleotide (NMN) rejuvenates oocyte quality and quantity in aged animals, leading to improved fertility. These benefits extend to the developing embryo, where NMN supplementation in embryo culture media following IVF enhances blastocyst formation in older mice. The NAD + dependent deacylase SIRT2 is sufficient, but not essential, to recapitulate the benefits of in vivo NMN treatment, and transgenic overexpression of SIRT2 maintains oocyte spindle assembly, accurate chromosome segregation, decreased oxidative stress and overall fertility with ageing. Pharmacological elevation of NAD + may be an effective, non-invasive strategy for restoring and maintaining female fertility during ageing, and for improving the success of IVF.

Mammalian oocytes develop and mature in a mutually dependent relationship with surrounding cumulus cells. The oocyte actively regulates cumulus cell differentiation and function by secreting soluble paracrine oocyte-secreted factors (OSFs). We characterized the molecular mechanisms by which two model OSFs, cumulin and BMP15, regulate oocyte maturation and cumulus-oocyte cooperativity. Exposure to these OSFs during mouse oocyte maturation in vitro altered the proteomic and multispectral autofluorescence profiles of both the oocyte and cumulus cells. In oocytes, cumulin significantly upregulated proteins involved in nuclear function. In cumulus cells, both OSFs elicited marked upregulation of a variety of metabolic processes (mostly anabolic), including lipid, nucleotide, and carbohydrate metabolism, whereas mitochondrial metabolic processes were downregulated. The mitochondrial changes were validated by functional assays confirming altered mitochondrial morphology, respiration, and content while maintaining ATP homeostasis. Collectively, these data demonstrate that cumulin and BMP15 remodel cumulus cell metabolism, instructing them to upregulate their anabolic metabolic processes, while routine cellular functions are minimized in the oocyte during maturation, in preparation for ensuing embryonic development.

Abstract The NAD + ‐dependent deacylase family of sirtuin enzymes have been implicated in biological ageing, late‐life health and overall lifespan, though of these members, a role for sirtuin‐2 (SIRT2) is less clear. Transgenic overexpression of SIRT2 in the BubR1 hypomorph model of progeria can rescue many aspects of health and increase overall lifespan, due to a specific interaction between SIRT2 and BubR1 that improves the stability of this protein. It is less clear whether SIRT2 is relevant to biological ageing outside of a model where BubR1 is under‐expressed. Here, we sought to test whether SIRT2 over‐expression would impact the overall health and lifespan of mice on a nonprogeroid, wild‐type background. While we previously found that SIRT2 transgenic overexpression prolonged female fertility, here, we did not observe any additional impact on health or lifespan, which was measured in both male and female mice on standard chow diets, and in males challenged with a high‐fat diet. At the biochemical level, NMR studies revealed an increase in total levels of a number of metabolites in the brain of SIRT2‐Tg animals, pointing to a potential impact in cell composition; however, this did not translate into functional differences. Overall, we conclude that strategies to enhance SIRT2 protein levels may not lead to increased longevity.

Abstract Chemotherapy induced ovarian failure and infertility is an important concern in female cancer patients of reproductive age or younger, and non-invasive, pharmacological approaches to maintain ovarian function are urgently needed. Given the role of reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) as an essential cofactor for drug detoxification, we sought to test whether boosting the NAD(P) + metabolome could protect ovarian function. We show that pharmacological or transgenic strategies to replenish the NAD + metabolome ameliorates chemotherapy induced female infertility in mice, as measured by oocyte yield, follicle health, and functional breeding trials. Importantly, treatment of a triple-negative breast cancer mouse model with the NAD + precursor nicotinamide mononucleotide (NMN) reduced tumour growth and did not impair the efficacy of chemotherapy drugs in vivo or in diverse cancer cell lines. Overall, these findings raise the possibility that NAD + precursors could be a non-invasive strategy for maintaining ovarian function in cancer patients, with potential benefits in cancer therapy.

The liver is unique to the adult body in its regenerative capacity following injury, with the ability to regrow large masses of tissue following surgical resection, an ability that declines only at late ages. More surprisingly, this appears to occur with only minimal contribution from resident stem cell populations. Rather, differentiated parenchymal cell types including hepatocytes and cholangiocytes appear capable of massive proliferation to replace lost tissue. The role of precursor cell types in the liver is confusing, due to the plasticity of cell types, with trans-differentiation between cell types and between mature and progenitor cells, the potential existence of a sub-population of hepatocytes dedicated to proliferation, and the highly levels of polyploidy in hepatocytes that may act as an unusual form of reductive mitosis through the "ploidy conveyor belt." In this chapter, we discuss the composition of the liver in terms of its cell types, the existence of progenitors for each of these, mechanisms for declining regenerative capacity with age, and the impacts of this on human physiology.

The recent unprecedented progress in ageing research and drug discovery brings together fundamental research and clinical applications to advance the goal of promoting healthy longevity in the human population. We, from the gathering at the Aging Research and Drug Discovery Meeting in 2023, summarised the latest developments in healthspan biotechnology, with a particular emphasis on artificial intelligence (AI), biomarkers and clocks, geroscience, and clinical trials and interventions for healthy longevity. Moreover, we provide an overview of academic research and the biotech industry focused on targeting ageing as the root of age-related diseases to combat multimorbidity and extend healthspan. We propose that the integration of generative AI, cutting-edge biological technology, and longevity medicine is essential for extending the productive and healthy human lifespan.

Background and Aims: Chemotherapy induced ovarian failure and infertility is an important concern in female cancer patients of reproductive age or younger, and non-invasive, pharmacological approaches to prevent chemotherapy induced infertility are urgently needed. Here we investigate whether pharmacological elevation of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) ameliorates chemotherapy induced female infertility in mice. Method: 8-week-old C57BL6 female mice were treated +/- chemotherapy (doxorubicin, Dox; 10 mg/kg) and +/- nicotinamide mononucleotide (NMN; 200 mg/kg i.p. once and 2 g/L in drinking water on-going), an orally bioavailable metabolic precursor to NAD+. Effects on fertility were measured by impact on ovarian reserve and folliculogenesis, ovulation rates and breeding performance. Effects on the ovarian NAD+ metabolome were assessed by mass spectrometry. A potential adverse effect of NMN on the efficiency of chemotherapy was assessed using a xenograft model of mammary cancer. Results: NMN treatment did not prevent a decline in the ovarian reserve caused by chemotherapy but did maintain the health of the remaining primordial follicle and total follicle populations, leading to a restoration in oocyte yield in chemo-treated mice (Dox vs Dox+NMN; P<0.007), culminating in an increase in pups born/mating in chemo+NMN treated mice (P<0.05). Chemo caused ovarian NMN, NADP+ and NADPH depletion, and NADPH was restored by NMN, which likely contributes to Dox detoxification. Importantly, treatment of the breast cancer mouse model with NMN reduced tumour growth and did not impair the efficacy of chemotherapy drugs in vivo or in diverse cancer cell lines. Conclusion: Overall, these findings raise the possibility that NAD+ precursors could be a non-invasive strategy for maintaining ovarian function and fertility in cancer patients, with potential benefits in cancer therapy.