Abstract Aims The mechanisms regulating the cellular behavior and cardiomyocyte organization during ventricular wall morphogenesis are poorly understood. Cardiomyocytes are surrounded by extracellular matrix (ECM) and interact with ECM via integrins. This study aims to determine whether and how β1 integrins regulate cardiomyocyte behavior and organization during ventricular wall morphogenesis in the mouse. Methods and Results We applied mRNA deep sequencing and immunostaining to determine the expression repertoires of α/β integrins and their ligands in the embryonic heart. Integrin β1 subunit (β1) and some of its ECM ligands are asymmetrically distributed and enriched in the luminal side of cardiomyocytes, while fibronectin surrounds cardiomyocytes, creating a network for them. Itgb1 , which encodes the β1 integrin subunit, was deleted via Nkx2.5 Cre/+ to generate myocardial-specific Itgb1 knockout (B1KO) mice. B1KO hearts display an absence of trabecular zone but a thicker compact zone. The abundances of hyaluronic acid and versican are not significantly different. Instead, fibronectin, a ligand of β1, was absent in B1KO. We examined cellular behaviors and organization via various tools. B1KO cardiomyocytes display a random cellular orientation and fail to undergo perpendicular cell division, be organized properly, and establish the proper tissue architecture to form trabeculae. The reduction of Notch1 activation was not the cause of the abnormal cellular organization in B1KO hearts. Mosaic clonal lineage tracing shows that Itgb1 regulates cardiomyocyte transmural migration and proliferation autonomously. Conclusions β1 is asymmetrically localized in the cardiomyocytes, and its ECM ligands are enriched in the luminal side of the myocardium and surrounding cardiomyocytes. β1 integrins are required for cardiomyocytes to attach to the ECM network. This engagement provides structural support for cardiomyocytes to maintain shape, undergo perpendicular division, and establish cellular organization. Deletion of Itgb1 , leading to ablation of β1 integrins, causes the dissociation of cardiomyocytes from the ECM network and failure to establish tissue architecture to form trabeculae.

Abstract Muscular dystrophy is a group of genetic neuromuscular disorders that involves severe muscle wasting. Transforming growth factor β-activated kinase 1 (TAK1) is an important signaling protein that regulates cell survival, growth, and inflammation. TAK1 has been recently found to promote myofiber growth in skeletal muscle of adult mice. However, the role of TAK1 in muscle disorders remains poorly understood. In the present study, we have investigated how TAK1 affects progression of dystrophic phenotype in the mdx mouse model of Duchnne muscular dystrophy (DMD). TAK1 is highly activated during peak necrotic phase in mdx mice. Targeted inducible inactivation of TAK1 inhibits muscle injury, necroptosis, and accumulation of macrophages in dystrophic muscle of mdx mice. Additionally, targeted inactivation of TAK1 leads to the activation of autophagy and Notch and Wnt signaling in the dystrophic muscle. However, inactivation of TAK1 significantly reduces myofiber size and muscle contractile function in both young and adult mdx mice. Forced activation of TAK1 in skeletal muscle after peak necrotic phase induces myofiber growth and improves muscle histopathology in mdx mice. Our results suggest that targeted activation of TAK1 can ameliorate disease progression and improve muscle growth in DMD. One Sentence Summary Our results demonstrate that duly regulation of TAK1 activity ameliorates dystrophic phenotype in a mouse model of Duchnne Muscular Dystrophy.

ABSTRACT Skeletal muscle regeneration involves a signaling network that regulates the proliferation, differentiation, and fusion of muscle precursor cells to injured myofibers. Inositol requiring enzyme 1 alpha (IRE1α) is one of the arms of the unfolded protein response (UPR) that regulates cellular proteostasis in response to ER stress. Here, we demonstrate that inducible deletion of IRE1α in adult muscle stem cells (i.e. satellite cells) of mice impairs skeletal muscle regeneration mainly through inhibiting myoblast fusion. Knockdown of IRE1α or its downstream target, X-box protein 1 (XBP1), also inhibits fusion of cultured myoblasts during myogenesis. Genome-wide transcriptome analysis revealed that knockdown of IRE1α or XBP1 dysregulates the gene expression of multiple molecules involved in the regulation of myoblast fusion. The IRE1α-XBP1 axis mediates the gene expression of Myomaker ( Mymk ), a critical regulator of myoblast fusion. Spliced XBP1 (sXBP1) transcription factor binds to the promoter of Mymk gene during myogenesis. Overexpression of Myomaker in IRE1α-knockdown cultures rescues fusion defects. Finally, our results show that inducible deletion of IRE1 α in satellite cells inhibits myoblast fusion and myofiber hypertrophy in response to functional overload. Collectively, our study demonstrates that IRE1α promotes myoblast fusion through sXBP1-mediated up-regulation of gene expression of Myomaker protein.

Abstract Aims The mechanisms regulating the cellular behaviour and cardiomyocyte organization during ventricular wall morphogenesis are poorly understood. Cardiomyocytes are surrounded by extracellular matrix (ECM) and interact with ECM via integrins. This study aims to determine whether and how β1 integrins regulate cardiomyocyte behaviour and organization during ventricular wall morphogenesis in the mouse. Methods and results We applied mRNA deep sequencing and immunostaining to determine the expression repertoires of α/β integrins and their ligands in the embryonic heart. Integrin β1 subunit (β1) and some of its ECM ligands are asymmetrically distributed and enriched in the luminal side of cardiomyocytes, and fibronectin surrounds cardiomyocytes, creating a network for them. Itgb1, which encodes the β1, was deleted via Nkx2.5Cre/+ to generate myocardial-specific Itgb1 knockout (B1KO) mice. B1KO hearts display an absence of a trabecular zone but a thicker compact zone. The levels of hyaluronic acid and versican, essential for trabecular initiation, were not significantly different between control and B1KO. Instead, fibronectin, a ligand of β1, was absent in the myocardium of B1KO hearts. Furthermore, B1KO cardiomyocytes display a random cellular orientation and fail to undergo perpendicular cell division, be organized properly, and establish the proper tissue architecture to form trabeculae. Mosaic clonal lineage tracing showed that Itgb1 regulates cardiomyocyte transmural migration and proliferation autonomously. Conclusion β1 is asymmetrically localized in the cardiomyocytes, and some of its ECM ligands are enriched along the luminal side of the myocardium, and fibronectin surrounds cardiomyocytes. β1 integrins are required for cardiomyocytes to attach to the ECM network. This engagement provides structural support for cardiomyocytes to maintain shape, undergo perpendicular division, and establish cellular organization. Deletion of Itgb1 leads to loss of β1 and fibronectin and prevents cardiomyocytes from engaging the ECM network, resulting in failure to establish tissue architecture to form trabeculae.