Maximum lifespan of a species is the oldest that individuals can survive, reflecting the genetic limit of longevity in an ideal environment. Here we report methylation-based models that accurately predict maximum lifespan (r=0.89), gestational time (r=0.96), and age at sexual maturity (r=0.87), using cytosine methylation patterns collected from over 12,000 samples derived from 192 mammalian species. Our epigenetic maximum lifespan predictor corroborated the extended lifespan in growth hormone receptor knockout mice and rapamycin treated mice. Across dog breeds, epigenetic maximum lifespan correlates positively with breed lifespan but negatively with breed size. Lifespan-related cytosines are located in transcriptional regulatory regions, such as bivalent chromatin promoters and polycomb-repressed regions, which were hypomethylated in long-lived species. The epigenetic estimators of maximum lifespan and other life history traits will be useful for characterizing understudied species and for identifying interventions that extend lifespan.

ABSTRACT Young blood plasma is known to confer beneficial effects on various organs in mice and rats. However, it was not known whether plasma from young pigs rejuvenates old rat tissues at the epigenetic level; whether it alters the epigenetic clock, which is a highly accurate molecular biomarker of aging. To address this question, we developed and validated six different epigenetic clocks for rat tissues that are based on DNA methylation values derived from n=613 tissue samples. As indicated by their respective names, the rat pan-tissue clock can be applied to DNA methylation profiles from all rat tissues, while the rat brain-, liver-, and blood clocks apply to the corresponding tissue types. We also developed two epigenetic clocks that apply to both human and rat tissues by adding n=1366 human tissue samples to the training data. We employed these six rat clocks to investigate the rejuvenation effects of a porcine plasma fraction treatment in different rat tissues. The treatment more than halved the epigenetic ages of blood, heart, and liver tissue. A less pronounced, but statistically significant, rejuvenation effect could be observed in the hypothalamus. The treatment was accompanied by progressive improvement in the function of these organs as ascertained through numerous biochemical/physiological biomarkers and behavioral responses to assess cognitive functions. An immunoglobulin G (IgG) N-glycosylation pattern shift from pro-to anti-inflammatory also indicated reversal of glycan aging. Overall, this study demonstrates that a young porcine plasma-derived treatment markedly reverses aging in rats according to epigenetic clocks, IgG glycans, and other biomarkers of aging.

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.

Drug resistance is one of the trademark features of Cancer Stem Cells (CSCs). We and others have recently shown that paucity of functional death receptors (DR4/5) on the cell surface of tumor cells is one of the major reasons for drug resistance, but their involvement in the context of in CSCs is poorly understood. By harnessing CSC specific cytotoxic function of salinomycin, we discovered a critical role of epigenetic modulator EZH2 in regulating the expression of DRs in colon CSCs. Our unbiased proteome profiler array approach followed by ChIP analysis of salinomycin treated cells indicated that the expression of DRs, especially DR4 is epigenetically repressed in colon CSCs. Concurrently, EZH2 knockdown demonstrated increased expression of DR4/DR5, significant reduction of CSC phenotype such as spheroid formation in-vitro and tumorigenic potential in-vivo in colon cancer. TCGA data analysis of human colon cancer clinical samples shows strong inverse correlation between EZH2 and DR4. Taken together, this study provides an insight about epigenetic regulation of DR4 in colon CSCs and advocates that drug resistant colon cancer can be therapeutically targeted by combining TRAIL and small molecule EZH2 inhibitors.