Faits : A. A.a. Par contrat du 21 octobre 1982, A._ et B._ ont pris à bail un appartement de cinq pièces situé au 2e étage d'un immeuble à Genève, locaux destinés à l'usage d'un cabinet dentaire. Le 28 mars 1988, un nouveau bail a été conclu pour une durée initiale de 10 ans, du 1er novembre 1988 au 31 octobre 1998, renouvelable ensuite tacitement d'année en année sauf préavis de résiliation de 6 mois. Le loyer a été fixé en dernier lieu, par jugement du 31 mars 2009, à un montant de 22'812 fr. par an (1'901 fr. par mois), charges de 2'880 fr. (240 fr. par mois) en sus, dès le 1er mai 2008. Par contrats des 12 juillet 1991 et 15 décembre 1995, les locataires ont encore pris à bail deux emplacements de parking, dont le loyer a été fixé en dernier lieu, par jugement du 31 mars 2009, à 3'000 fr. par an (250 fr. par mois) dès le 1er août 2008 et l'autre à 3'324 fr. (277 fr. par mois) dès le 1er mars 2009. X._ est devenu propriétaire de l'immeuble le 22 janvier 2007. A.b. Le bailleur a résilié le bail du cabinet dentaire une première fois le 30 septembre 2013 pour le 30 avril 2015, au motif que le rendement de la chose louée était insuffisant. Il a également résilié le bail des places de parking. Les actions en contestation des résiliations introduites par les locataires sont actuellement pendantes devant le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève. A.c. Le 28 février 2014, A._ a cessé son activité et a cédé son cabinet à T._. Selon contrat de sous-location du 11 février 2014, T._ partage le loyer et les charges avec le locataire restant dans les mêmes proportions que celles qui prévalaient avec le précédent colocataire, soit 5/12 chacun, les 2/12 restants étant à la charge du technicien dentaire travaillant également dans les locaux. B. B.a. Sur formule de résiliation officielle du 12 juin 2014, le bailleur a notifié une seconde résiliation de bail pour le 30 avril 2015. Il a indiqué comme motif de résiliation le refus des locataires de lui communiquer l'intégralité des accords passés avec le sous-locataire, tout en précisant résilier le bail pour son échéance contractuelle. Par avis du même jour, il a également résilié les baux des places de parking respectivement pour le 31 janvier et le 28 février 2015, pour leur échéances contractuelles et pour le même motif. Aucune référence n'était faite ni à l'art. 257f CO ni à d'autres dispositions légales. Le contrat de sous-location a été transmis au bailleur en date du 24 juin 2014. B.b. Les locataires ont contesté les résiliations par requêtes de conciliation adressée à la Commission de conciliation en matière de baux et loyers du canton de Genève le 10 juillet 2014. Les causes ayant été jointes et la conciliation ayant échoué, les locataires ont déposé leur demande devant le Tribunal des baux et loyers du canton de Genève le 10 octobre 2014, concluant à l'annulation des résiliations et, subsidiairement à la prolongation des baux pour une durée de six ans. Le bailleur a conclu à la validité des trois résiliations et, reconventionnellement, à l'expulsion des locataires. Par jugement du 18 septembre 2015, le Tribunal des baux a annulé les congés pour les trois locaux et les deux places de parking et débouté le bailleur de ses conclusions en expulsion. Statuant le 25 avril 2016, la Chambre des baux et loyers de la Cour de justice du canton de Genève a rejeté l'appel du bailleur et confirmé le jugement attaqué.