Significance Skeletal muscle exhibits a remarkable ability to regenerate, a process that has been demonstrated to be dependent on satellite cells. Satellite cells uniformly express the transcription factor paired box 7 (Pax7), and extensive analysis of Pax7 -deficient mice has documented the progressive loss of the satellite cell lineage likely due to a failure to proliferate together with precocious differentiation. In contrast to these findings, a recent provocative study suggested that Pax7 was entirely dispensable in adult life. Here, we demonstrate that Pax7 expression is an absolute prerequisite for the normal function of satellite cells during regenerative myogenesis at any age. Our experiments therefore demonstrate that Pax7 plays an essential role in regulating the myogenic potential and function of satellite cells.

Dystrophin is expressed in muscle stem cells, in which it regulates their cell division and proper repopulation. Dystrophin is expressed in differentiated myofibers, in which it is required for sarcolemmal integrity, and loss-of-function mutations in the gene that encodes it result in Duchenne muscular dystrophy (DMD), a disease characterized by progressive and severe skeletal muscle degeneration. Here we found that dystrophin is also highly expressed in activated muscle stem cells (also known as satellite cells), in which it associates with the serine-threonine kinase Mark2 (also known as Par1b), an important regulator of cell polarity. In the absence of dystrophin, expression of Mark2 protein is downregulated, resulting in the inability to localize the cell polarity regulator Pard3 to the opposite side of the cell. Consequently, the number of asymmetric divisions is strikingly reduced in dystrophin-deficient satellite cells, which also display a loss of polarity, abnormal division patterns (including centrosome amplification), impaired mitotic spindle orientation and prolonged cell divisions. Altogether, these intrinsic defects strongly reduce the generation of myogenic progenitors that are needed for proper muscle regeneration. Therefore, we conclude that dystrophin has an essential role in the regulation of satellite cell polarity and asymmetric division. Our findings indicate that muscle wasting in DMD not only is caused by myofiber fragility, but also is exacerbated by impaired regeneration owing to intrinsic satellite cell dysfunction.

In two new reports, STAT3 signaling is shown to be increased in adult muscle satellite cells, and its inhibition improves muscle regeneration. Diminished regenerative capacity of skeletal muscle occurs during adulthood. We identified a reduction in the intrinsic capacity of mouse adult satellite cells to contribute to muscle regeneration and repopulation of the niche. Gene expression analysis identified higher expression of JAK-STAT signaling targets in 18-month-old relative to 3-week-old mice. Knockdown of Jak2 or Stat3 significantly stimulated symmetric satellite stem cell divisions on cultured myofibers. Genetic knockdown of Jak2 or Stat3 expression in prospectively isolated satellite cells markedly enhanced their ability to repopulate the satellite cell niche after transplantation into regenerating tibialis anterior muscle. Pharmacological inhibition of Jak2 and Stat3 activity similarly stimulated symmetric expansion of satellite cells in vitro and their engraftment in vivo. Intramuscular injection of these drugs resulted in a marked enhancement of muscle repair and force generation after cardiotoxin injury. Together these results reveal age-related intrinsic properties that functionally distinguish satellite cells and suggest a promising therapeutic avenue for the treatment of muscle-wasting diseases.

The influence of the extracellular matrix (ECM) within the stem cell niche remains poorly understood. We found that Syndecan-4 (Sdc4) and Frizzled-7 (Fzd7) form a coreceptor complex in satellite cells and that binding of the ECM glycoprotein Fibronectin (FN) to Sdc4 stimulates the ability of Wnt7a to induce the symmetric expansion of satellite stem cells. Newly activated satellite cells dynamically remodel their niche via transient high-level expression of FN. Knockdown of FN in prospectively isolated satellite cells severely impaired their ability to repopulate the satellite cell niche. Conversely, in vivo overexpression of FN with Wnt7a dramatically stimulated the expansion of satellite stem cells in regenerating muscle. Therefore, activating satellite cells remodel their niche through autologous expression of FN that provides feedback to stimulate Wnt7a signaling through the Fzd7/Sdc4 coreceptor complex. Thus, FN and Wnt7a together regulate the homeostatic levels of satellite stem cells and satellite myogenic cells during regenerative myogenesis.

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.

Increased life expectancy in modern society comes at the cost of age-associated disabilities and diseases. Aged brains not only show reduced excitability and plasticity, but also a decline in inhibition. Age-associated defects in inhibitory circuits likely contribute to cognitive decline and age-related disorders. Molecular mechanisms that exert epigenetic control of gene expression, contribute to age-associated neuronal impairments. Both DNA methylation, mediated by DNA methyltransferases (DNMTs), and histone modifications maintain neuronal function throughout lifespan. Here we provide evidence that DNMT1 function is implicated in the age-related loss of cortical inhibitory interneurons. Deletion of Dnmt1 in parvalbumin-positive interneurons attenuates their age-related decline in the cerebral cortex. Moreover, DNMT1-deficient mice show improved somatomotor performance and reduced aging-associated transcriptional changes. A decline in the proteostasis network, responsible for the proper degradation and removal of defective proteins, is suggested to be essentially implicated in age- and disease- related neurodegeneration. Our data suggest that DNMT1 acts indirectly on interneuron survival in aged mice by modulating the proteostasis network during life-time.

Ageing is associated with physical decline and the development of age-related diseases such as metabolic disorders and cancer. Few conditions are known that attenuate the adverse effects of ageing, including calorie restriction (CR) and reduced signalling through the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway. Synthesis of the metabolic transcription factor C/EBPβ-LIP is stimulated by mTORC1, which critically depends on a short upstream open reading frame (uORF) in the C/EBPβ-mRNA. Here we describe that reduced C/EBPβ-LIP expression due to genetic ablation of the uORF delays the development of age-associated phenotypes in mice. Moreover, female C/EBPβΔuORF mice display an extended lifespan. Since LIP levels increase upon aging in wt mice, our data reveal an important role for C/EBPβ in the aging process and suggest that restriction of LIP expression sustains health and fitness. Thus, therapeutic strategies targeting C/EBPβ-LIP may offer new possibilities to treat age-related diseases and to prolong healthspan.

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.