ABSTRACT During myogenic differentiation the architecture and proteome of muscle stem cells undergo extensive remodeling. These processes are only partially understood and display impairments in age and disease. Here, we used mass spectrometry to analyze proteome dynamics during myogenic differentiation. We identified the actin nucleator Leiomodin 1 (LMOD1) among a restricted set of proteins that increase in abundance during early phases of differentiation. LMOD1 is expressed by muscle stem cells in vivo and its levels increase with aging. Knockdown of LMOD1 in primary myoblasts severely affected myogenic differentiation and fusion of myotubes, while overexpression had the opposite effect. Mechanistically, we show that LMOD1 interacts with Sirtuin1 (SIRT1) and that both proteins follow similar changes in nuclear/cytoplasmic localization during differentiation. We demonstrate that LMOD1 influences SIRT1 localization and the expression of a subset of its target genes. Consistently, depletion or pharmacological inhibition of SIRT1 partially reverts the effects observed after LMOD1 knockdown. Our work identifies a novel regulator of myogenic differentiation that might be a potential target to improve muscle regeneration in aging and disease.

Increasing evidence suggests that the muscle stem cell (MuSC) pool is heterogeneous. In particular, a rare subset of PAX7-positive MuSCs that has never expressed the myogenic regulatory factor MYF5 displays unique self-renewal and engraftment characteristics. However, the scarcity and limited availability of protein markers make the characterization of these cells challenging. Here, we describe the generation of StemRep reporter mice enabling the monitoring of PAX7 and MYF5 proteins based on equimolar levels of dual nuclear fluorescence. High levels of PAX7 protein and low levels of MYF5 delineate a deeply quiescent MuSC subpopulation with an increased capacity for asymmetric division and distinct dynamics of activation, proliferation, and commitment. Aging primarily reduces the MYF5Low MuSCs and skews the stem cell pool toward MYF5High cells with lower quiescence and self-renewal potential. Altogether, we establish the StemRep model as a versatile tool to study MuSC heterogeneity and broaden our understanding of mechanisms regulating MuSC quiescence and self-renewal in homeostatic, regenerating, and aged muscles.