Abstract Altered mitochondrial structure and function are implicated in the functional decline of skeletal muscle. Numerous cytoskeletal proteins have been reported to affect mitochondrial homeostasis, but this complex network is still being unraveled. Here, we investigated alterations to mitochondrial structure and function in mice lacking the cytoskeletal adapter protein, Xin. Xin deficient (Xin-/-) and wild-type (WT) littermate mice were fed a chow or high-fat diet (HFD; 60% kcal fat) for 8 weeks before high-resolution respirometry, histology, electron microscopy and Western blot analyses of their skeletal muscles were conducted. Immuno-electron microscopy and immunofluorescence staining indicates that Xin is present in the mitochondria and peri-mitochondrial areas, as well as the myoplasm. Intermyofibrillar mitochondria in chow-fed Xin-/- mice were notably different from WT; frequently spanning a whole sarcomere and/or swollen in appearance with abnormal cristae. Succinate Dehydrogenase and Cytochrome Oxidase IV (COX) activity staining indicated greater evidence of mitochondrial enzyme activity in Xin-/- mice. HFD did not result in a difference between cohorts with respect to body mass gains or glucose handling. However, electron microscopy revealed significantly greater mitochondrial density (∼2.1-fold) with evident structural abnormalities (swelling, reduced cristae density) in Xin-/- mice. Complex I and II-supported respiration were not different between groups per mg muscle, but when made relative to mitochondrial density, were significantly lower in Xin-/- muscles. Western blotting of fusion, fission, and autophagy proteins revealed no differences between groups. These results provide the first evidence for a role of Xin in maintaining mitochondrial morphology and function but not in regulating mitochondrial dynamics.

Abstract Fibrosis is associated with respiratory and limb muscle atrophy in Duchenne muscular dystrophy (DMD). Current standard of care partially delays the progression of this myopathy but there remains an unmet need to develop additional therapies. Adiponectin receptor agonism has emerged as a possible therapeutic target to lower inflammation and improve metabolism in mdx mouse models of DMD but the degree to which fibrosis and atrophy are prevented remain unknown. Here, we demonstrate that the recently developed slow-release peptidomimetic adiponectin analogue ALY688-SR prevents fibrosis and fibre type-specific atrophy in diaphragm of D2. mdx mice treated from days 7-28 of age. ALY688-SR also lowered IL-6mRNA but increased IL-6 and TGF-β protein contents in diaphragm, suggesting dynamic inflammatory remodeling. ALY688-SR alleviated mitochondrial redox stress by decreasing complex I-stimulated H 2 O 2 emission. Treatment also lowered in vitro diaphragm force production in diaphragm suggesting a complex relationship between adiponectin receptor activity, muscle remodeling and force generating properties during the very early stages of disease progression in D2. mdx mice. In tibialis anterior, the modest fibrosis at this young age was not altered by treatment, and atrophy was not apparent at this young age. These results demonstrate that short-term treatment of ALY688-SR partially prevents fibrosis and atrophy in the more disease-apparent diaphragm of young D2. mdx mice in relation to lower mitochondrial redox stress. These results provide a foundation for the exploration of slow-release adiponectin-based therapies to prevent fibrosis and atrophy in Duchenne muscular dystrophy.

While studies have identified characteristics of quiescent satellite cells, their isolation has been hampered by the fact that the isolation procedures result in the activation of these cells into their rapidly proliferating progeny (myoblasts). Thus, the use of myoblasts for therapeutic (regenerative medicine) or industrial applications (cellular agriculture) has been impeded by the limited proliferative and differentiative capacity of these myogenic progenitors. Here we identify a subpopulation of satellite cells isolated from mouse skeletal muscle using flow cytometry that are highly Pax7-positive, exhibit a very slow proliferation rate (7.7 ± 1.2 days/doubling), and are capable of being maintained in culture for at least three months without a change in phenotype. These cells can be activated from quiescence using a p38 inhibitor or by exposure to freeze-thaw cycles. Once activated, these cells proliferate rapidly (22.7 ± 0.2 hours/doubling), have reduced Pax7 expression (3-fold decrease in Pax7 fluorescence vs. quiescence) and differentiate into myotubes with a high efficiency. Furthermore, these cells withstand freeze-thawing readily without a significant loss of viability (83.1 ± 2.1% live). The results presented here provide researchers with a method to isolate quiescent satellite cells, allowing for more detailed examinations of the factors affecting satellite cell quiescence/activation and providing a cell source that has a unique potential in the regenerative medicine and cellular agriculture fields.

Altered mitochondrial structure and function are implicated in the functional decline of skeletal muscle. Numerous cytoskeletal proteins are known to affect mitochondrial homeostasis, but this complex network is still being unraveled. Here, we investigated mitochondrial alterations in mice lacking the cytoskeletal adapter protein, XIN (XIN-/-). XIN-/- and wild-type littermate male and female mice were fed a chow or high-fat diet (HFD; 60% kcal fat) for 8 weeks before analyses of their skeletal muscles were conducted. Immuno-electron microscopy (EM) and immunofluorescence staining revealed XIN in the mitochondria and peri-mitochondrial areas, as well as the myoplasm. Intermyofibrillar mitochondria in chow-fed XIN-/- mice were notably different from wild-type (large, and/or swollen in appearance). Succinate dehydrogenase and Cytochrome Oxidase IV staining indicated greater evidence of mitochondrial enzyme activity in XIN-/- mice. No difference in body mass gains or glucose handling was observed between cohorts with HFD. However, EM revealed significantly greater mitochondrial density with evident structural abnormalities (swelling, reduced cristae density) in XIN-/- mice. Absolute Complex I and II-supported respiration was not different between groups, but relative to mitochondrial density, was significantly lower in XIN-/-. These results provide the first evidence for a role of XIN in maintaining mitochondrial morphology and function.