Sarcopenia burdens the elderly population through loss of muscle energy and mass, yet treatments to function-ally rescue both parameters are missing. The glucocorticoid prednisone remodels muscle metabolism based on frequency of intake, but its mechanisms in sarcopenia are unknown. We found that once-weekly intermittent prednisone rescued muscle quality in aged 24-month-old mice to levels comparable to young 4-month-old mice. We discovered an age- and sex-independent glucocorticoid receptor transactivation program in muscle en-compassing PGC1alpha and its co-factor Lipin1. Treatment coordinately improved mitochondrial abundance through isoform 1 and muscle mass through isoform 4 of the myocyte-specific PGC1alpha, which was required for the treatment-driven increase in carbon shuttling from glucose oxidation to amino acid biogenesis. We also probed the myocyte-specific Lipin1 as non-redundant factor coaxing PGC1alpha upregulation to the stimulation of both oxidative and anabolic capacities. Our study unveils an aging-resistant druggable program in myocytes to coordinately rescue energy and mass in sarcopenia.

Circadian time-of-intake gates the cardioprotective effects of glucocorticoid administration in both healthy and infarcted hearts. The cardiomyocyte-specific glucocorticoid receptor (GR) and its co-factor, Kruppel-like factor (Klf15), play critical roles in maintaining normal heart function in the long-term and serve as pleiotropic regulators of cardiac metabolism. Despite this understanding, the cardiomyocyte-autonomous metabolic targets influenced by the concerted epigenetic action of GR-Klf15 axis remain undefined. Here, we demonstrate the critical roles of the cardiomyocyte-specific GR and Klf15 in orchestrating a circadian-dependent glucose oxidation program within the heart. Combining integrated transcriptomics and epigenomics with cardiomyocyte-specific inducible ablation of GR or Klf15, we identified their synergistic role in the activation of adiponectin receptor expression (Adipor1) and the mitochondrial pyruvate complex (Mpc1/2), thereby enhancing insulin-stimulated glucose uptake and pyruvate oxidation. Furthermore, in obese diabetic (db/db) mice exhibiting insulin resistance and impaired glucose oxidation, light-phase prednisone administration, as opposed to dark-phase prednisone dosing, effectively restored cardiomyocyte glucose oxidation and improved diastolic function towards control-like levels in a sex-independent manner. Collectively, our findings uncover novel cardiomyocyte-autonomous metabolic targets of the GR-Klf15 axis. This study highlights the circadian-dependent cardioprotective effects of glucocorticoids on cardiomyocyte glucose metabolism, providing critical insights into chrono-pharmacological strategies for glucocorticoid therapy in cardiovascular disease.

Abstract Mitochondrial capacity is critical to adapt the high energy demand of the heart to circadian oscillations and diseased states. Glucocorticoids regulate the circadian cycle of energy metabolism, but little is known about how circadian timing of exogenous glucocorticoid dosing directly regulates heart metabolism through cardiomyocyte-autonomous mechanisms. While chronic oncedaily intake of glucocorticoids promotes metabolic stress and heart failure, we recently discovered that intermittent once-weekly dosing of exogenous glucocorticoids promoted muscle metabolism in normal and obese skeletal muscle. However, the effects of glucocorticoid intermittence on heart metabolism and heart failure remain unknown. Here we investigated the extent to which circadian time of dosing regulates the effects of the glucocorticoid prednisone in heart metabolism and function in conditions of single pulse or chronic intermittent dosing. In WT mice, we found that prednisone improved cardiac content of NAD + and ATP with light-phase dosing (ZT0), while the effects were blocked by dark-phase dosing (ZT12). The drug effects on mitochondrial function were cardiomyocyte-autonomous, as shown by inducible cardiomyocyte-restricted glucocorticoid receptor (GR) ablation, and depended on an intact cardiomyocyte clock, as shown by inducible cardiomyocyte-restricted ablation of Brain and Muscle ARNT-like 1 (BMAL1). Conjugating time-of-dosing with chronic intermittence, we found that once-weekly prednisone improved metabolism and function in heart after myocardial injury dependent on circadian time of intake, i.e. with lightphase but not dark-phase dosing. Our study identifies cardiac-autonomous mechanisms through which circadian-specific intermittent dosing reconverts glucocorticoid drugs to metabolic boosters for the heart.