Caloric restriction (CR) prolongs life span, yet the mechanisms by which it does so remain poorly understood. Under CR, mice self-impose chronic cycles of 2-hour feeding and 22-hour fasting, raising the question of if it is calories, fasting, or time of day that is the cause of this increased life span. We show here that 30% CR was sufficient to extend the life span by 10%; however, a daily fasting interval and circadian alignment of feeding acted together to extend life span by 35% in male C57BL/6J mice. These effects were independent of body weight. Aging induced widespread increases in gene expression associated with inflammation and decreases in the expression of genes encoding components of metabolic pathways in liver from ad libitum–fed mice. CR at night ameliorated these aging-related changes. Our results show that circadian interventions promote longevity and provide a perspective to further explore mechanisms of aging.

Extended food consumption during the rest period perturbs the phase relationship between circadian clocks in the periphery and the brain, leading to adverse health effects. Beyond the liver, how metabolic organs respond to a timed hypocaloric diet is largely unexplored. We investigated how feeding schedules impacted circadian gene expression in epididymal white and brown adipose tissue (eWAT and BAT) compared to the liver and hypothalamus. We restricted food to either daytime or nighttime in C57BL/6J male mice, with or without caloric restriction. Unlike the liver and eWAT, rhythmic clock genes in the BAT remained insensitive to feeding time, similar to the hypothalamus. We uncovered an internal split within the BAT in response to conflicting environmental cues, displaying inverted oscillations on a subset of metabolic genes without modifying its local core circadian machinery. Integrating tissue-specific responses on circadian transcriptional networks with metabolic outcomes may help elucidate the mechanism underlying the health burden of eating at unusual times.

ABSTRACT Aging is often perceived as a degenerative process resulting from random accrual of cellular damage over time. Despite this, age can be accurately estimated by epigenetic clocks based on DNA methylation profiles from almost any tissue of the body. Since such pan-tissue epigenetic clocks have been successfully developed for several different species, we hypothesized that one can build pan-mammalian clocks that measure age in all mammalian species. To address this, we generated data using 11,754 methylation arrays, each profiling up to 36 thousand cytosines in highly-conserved stretches of DNA, from 59 tissue-types derived from 185 mammalian species. From these methylation profiles, we constructed three age predictors, each with a single mathematical formula, termed universal pan-mammalian clocks that are accurate in estimating the age (r>0.96) of any mammalian tissue. Deviations between epigenetic age and chronological age relate to mortality risk in humans, mutations that affect the somatotropic axis in mice, and caloric restriction. We characterized specific cytosines, whose methylation levels change with age across most mammalian species. These cytosines are greatly enriched in polycomb repressive complex 2-binding sites, are located in regions that gradually lose chromatin accessibility with age and are proximal to genes that play a role in mammalian development, cancer, human obesity, and human longevity. Collectively, these results support the notion that aging is indeed evolutionarily conserved and coupled to developmental processes across all mammalian species - a notion that was long-debated without the benefit of this new compelling evidence. SUMMARY This study identifies and characterizes evolutionarily conserved cytosines implicated in the aging process across mammals and establishes pan mammalian epigenetic clocks.