Abstract Objective Mitochondrial dynamics and quality control in skeletal muscle are central to healthy metabolism. Resistance exercise is a recognized tool for improving skeletal muscle function; however, its effect on mitochondria is still not fully understood. We investigated the impact of resistance exercise on mitochondrial morphology and mitophagy in human skeletal muscle. Methods Eight healthy men performed resistance exercise on one leg, and muscle biopsies were subsequently obtained from the resting leg (Rest) and the exercised leg (Ex) to measure protein abundance and mitochondrial morphology. Additionally, muscle biopsies were obtained from twelve healthy men, and the abundance of BNIP3L protein was correlated with muscle cell and whole body health markers. Results Ex increased p-Drp1 and decreased MFN2, Parkin, and BNIP3L protein levels. Electron microscopy indicated an increase in mitochondrial circularity, cristae abnormality, and mitophagosome structures in Ex, with a marked increase in subsarcolemmal mitophagosomes. We also identified mitophagosomes outside the muscle. Experiments in human myotubes showed a severe decrease in BNIP3L protein in response to CCCP-induced mitochondrial damage with and without bafilomycin. A positive correlation was found between BNIP3L and exercise RQ, HOMA index, while a negative correlation was found with mitophagosomes abundance and VO 2 max. Conclusion Our study describes the effect of resistance exercise on mitochondrial dynamics and mitophagy in skeletal muscle, demonstrating induction of mitochondrial fission and mitophagy in the exercised leg. Moreover, we propose BNIP3L as a potential regulator and marker of mitophagy flux.

Macroautophagy and the ubiquitin proteasome system work as an interconnected network in the maintenance of cellular homeostasis. Indeed, efficient activation of macroautophagy upon nutritional deprivation is sustained by degradation of preexisting proteins by the proteasome. However, the specific substrates that are degraded by the proteasome in order to activate macroautophagy are currently unknown. By quantitative proteomic analysis we identified several proteins downregulated in response to starvation but independently of ATG5 expression. Among them, the most significant was HERPUD1, an ER protein of short-half life and a well-known substrate of the proteasome. We found that increased HERPUD1 stability by deletion of its ubiquitin-like domain (UBL) plays a negative role on basal and induced macroautophagy. Moreover, we found it triggers ER expansion by reordering the ER in crystalloid structures, but in the absence of unfolded protein response activation. Surprisingly, we found ER expansion led to an increase in the number and function of lysosomes establishing a tight network with the presence of membrane-contact sites. Importantly, a phosphomimetic S59D mutation within the UBL mimics UBL deletion on its stability and the ER-lysosomal network expansion revealing an increase of cell survival under stress conditions. Altogether, we propose stabilized HERPUD1 downregulates macroautophagy favoring instead a closed interplay between the ER and lysosomes with consequences in cell stress survival.