Resveratrol, a polyphenol in red wine, has been reported as a calorie restriction mimetic with potential antiaging and antidiabetogenic properties. It is widely consumed as a nutritional supplement, but its mechanism of action remains a mystery. Here, we report that the metabolic effects of resveratrol result from competitive inhibition of cAMP-degrading phosphodiesterases, leading to elevated cAMP levels. The resulting activation of Epac1, a cAMP effector protein, increases intracellular Ca2+ levels and activates the CamKKβ-AMPK pathway via phospholipase C and the ryanodine receptor Ca2+-release channel. As a consequence, resveratrol increases NAD+ and the activity of Sirt1. Inhibiting PDE4 with rolipram reproduces all of the metabolic benefits of resveratrol, including prevention of diet-induced obesity and an increase in mitochondrial function, physical stamina, and glucose tolerance in mice. Therefore, administration of PDE4 inhibitors may also protect against and ameliorate the symptoms of metabolic diseases associated with aging.

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) is modulated by conditions of metabolic stress and has been reported to decline with aging in preclinical models, but human data are sparse. Nicotinamide riboside (NR) supplementation ameliorates metabolic dysfunction in rodents. We aimed to establish whether oral NR supplementation in aged participants can increase the skeletal muscle NAD+ metabolome and if it can alter muscle mitochondrial bioenergetics. We supplemented 12 aged men with 1 g NR per day for 21 days in a placebo-controlled, randomized, double-blind, crossover trial. Targeted metabolomics showed that NR elevated the muscle NAD+ metabolome, evident by increased nicotinic acid adenine dinucleotide and nicotinamide clearance products. Muscle RNA sequencing revealed NR-mediated downregulation of energy metabolism and mitochondria pathways, without altering mitochondrial bioenergetics. NR also depressed levels of circulating inflammatory cytokines. Our data establish that oral NR is available to aged human muscle and identify anti-inflammatory effects of NR.

Leucine is a nutrient regulator of muscle protein synthesis by activating mTOR and possibly other proteins in this pathway. The purpose of this study was to examine the role of leucine in the regulation of human myofibrillar protein synthesis (MPS). Twenty-four males completed an acute bout of unilateral resistance exercise prior to consuming either: a dose (25 g) of whey protein (WHEY); 6.25 g whey protein with total leucine equivalent to WHEY (LEU); or 6.25 g whey protein with total essential amino acids (EAAs) equivalent to WHEY for all EAAs except leucine (EAA-LEU). Measures of MPS, signalling through mTOR, and amino acid transporter (AAT) mRNA abundance were made while fasted (FAST), and following feeding under rested (FED) and post-exercise (EX-FED) conditions. Leucinaemia was equivalent between WHEY and LEU and elevated compared to EAA-LEU (P=0.001). MPS was increased above FAST at 1–3 h post-exercise in both FED (P <0.001) and EX-FED (P <0.001) conditions with no treatment effect.At 3–5 h, only WHEY remained significantly elevated above FAST in EX-FED(WHEY 184% vs. LEU 55% and EAA-LEU 35%; P =0.036). AAT mRNA abundance was increased above FAST after feeding and exercise with no effect of leucinaemia. In summary, a low dose of whey protein supplemented with leucine or all other essential amino acids was as effective as a complete protein (WHEY) in stimulating postprandial MPS; however only WHEY was able to sustain increased rates of MPS post-exercise and may therefore be most suited to increase exercise-induced muscle protein accretion.

What is the central question of this study? Does shorter rest between sets of resistance exercise promote a superior circulating hormonal and acute muscle anabolic response compared with longer rest periods? What is the main finding and its importance? We demonstrate that short rest (1 min) between sets of moderate-intensity, high-volume resistance exercise blunts the acute muscle anabolic response compared with a longer rest period (5 min), despite a superior circulating hormonal milieu. These data have important implications for the development of training regimens to maximize muscle hypertrophy. Manipulating the rest-recovery interval between sets of resistance exercise may influence training-induced muscle remodelling. The aim of this study was to determine the acute muscle anabolic response to resistance exercise performed with short or long inter-set rest intervals. In a study with a parallel-group design, 16 males completed four sets of bilateral leg-press and knee-extension exercise at 75% of one-repetition maximum to momentary muscular failure, followed by ingestion of 25 g of whey protein. Resistance exercise sets were interspersed by 1 min (n = 8) or 5 min of passive rest (n = 8). Muscle biopsies were obtained at rest, 0, 4, 24 and 28 h postexercise during a primed continuous infusion of l-[ring-(13) C6 ]phenylalanine to determine myofibrillar protein synthesis and intracellular signalling. We found that the rate of myofibrillar protein synthesis increased above resting values from 0 to 4 h postexercise with 1 (76%; P = 0.047) and 5 min inter-set rest (152%; P < 0.001) and was significantly greater in the 5 min inter-set rest group (P = 0.001). Myofibrillar protein synthesis rates at 24-28 h postexercise remained elevated above resting values (P < 0.05) and were indistinguishable between groups. Postexercise p70S6K(Thr389) and rpS6(Ser240/244) phosphorylation were reduced with 1 compared with 5 min inter-set rest, whereas phosphorylation of eEF2(Thr56) , TSC2(Thr1462) , AMPK(Thr172) and REDD1 protein were greater for 1 compared with 5 min inter-set rest. Serum testosterone was greater at 20-40 min postexercise and plasma lactate greater immediately postexercise for 1 versus 5 min inter-set rest. Resistance exercise with short (1 min) inter-set rest duration attenuated myofibrillar protein synthesis during the early postexercise recovery period compared with longer (5 min) rest duration, potentially through compromised activation of intracellular signalling.

Abstract Vitamin D deficiency is known to be associated with symptoms of skeletal muscle myopathy including muscle weakness and fatigue. Recently, vitamin D related metabolites have been linked to the maintenance of mitochondrial function within skeletal muscle. However, current evidence is limited to in vitro models and the effects of diet-induced vitamin D deficiency upon skeletal muscle mitochondrial function in vivo have received little attention. In order to examine the role of vitamin D in the maintenance of mitochondrial function in vivo , we utilised an established model of diet-induced vitamin D deficiency in C57BL/6J mice. Mice were fed either a control (2,200 IU/kg) or a vitamin D deplete (0 IU/kg) diet for periods of 1-, 2- and 3-months. Skeletal muscle mitochondrial function and ADP sensitivity were assessed via high-resolution respirometry and mitochondrial protein content via immunoblotting. As a result of 3-month of diet-induced vitamin D deficiency, respiration supported via CI+II P and ETC were 35% and 37% lower when compared to vitamin D replete mice ( P < 0.05). Despite functional alterations, the protein expression of electron transfer chain subunits remained unchanged in response to dietary intervention ( P > 0.05). In conclusion, we report that 3-months of diet-induced vitamin D deficiency reduced skeletal muscle mitochondrial function in C57BL/6J mice. Our data, when combined with previous in vitro observations, suggests that vitamin D mediated regulation of mitochondrial function may underlie the exacerbated muscle fatigue and performance deficits observed during vitamin D deficiency.

Context: Pre-exercise nutrient availability alters acute metabolic responses to exercise, which could modulate training responsiveness. We hypothesised that in men with overweight/obesity, acute exercise before versus after nutrient ingestion would increase whole-body and intramuscular lipid utilization, translating into greater increases in oral glucose insulin sensitivity over 6-weeks of training. Design and Participants: We showed in men with overweight/obesity (mean+/-SD for BMI: 30.2+/-3.5 kg.m-2 for acute, crossover study, 30.9+/-4.5 kg.m-2 for randomized, controlled, training study) a single exercise bout before versus after nutrient provision increased lipid utilisation at the whole-body level, but also in both type I (p<0.01) and type II muscle fibres (p=0.02). We then used a 6-week training intervention to show sustained, 2-fold increases in lipid utilisation with exercise before versus after nutrient provision (p<0.01). Main Outcome Measures: Postprandial glycemia was not differentially affected by exercise training before vs after nutrient provision (p>0.05), yet plasma was reduced with exercise training before, but not after nutrient provision (p=0.03), resulting in increased oral glucose insulin sensitivity when training was performed before versus after nutrient provision (25+/-38 vs -21+/-32 mL.min-1.m-2; p=0.01) and this was associated with increased lipid utilisation during exercise (r=0.50, p=0.02). Regular exercise prior to nutrient provision augmented remodelling of skeletal muscle phospholipids and protein content of the glucose transport protein GLUT4 (p<0.05). Conclusions: Experiments investigating exercise training and metabolic health should consider nutrient-exercise timing, and exercise performed before versus after nutrient intake (i.e., in the fasted state) may exert beneficial effects on lipid utilisation and reduce postprandial insulinemia.

Abstract Oral supplementation of the NAD + precursor Nicotinamide Riboside (NR) has been reported to increase Sirtuin (SIRT) signalling, mitochondrial biogenesis and endurance capacity in rodent skeletal muscle. However, whether NR supplementation can elicit a similar response in human skeletal muscle is unclear. This study aimed to assess the effect of 7-day NR supplementation on exercise-induced transduction and transcriptional responses in skeletal muscle of young, healthy, recreationally active human volunteers. In a double-blinded, randomised, counter-balanced, crossover design, eight male participants (age: 23 ± 4 years, VO 2 peak: 46.5 ± 4.4 mL·kg -1 ·min -1 ) received one week of NR or cellulose placebo (PLA) supplementation (1000 mg·d -1 ) before performing one hour of cycling at 60% Wmax. Muscle biopsies were collected prior to supplementation and pre-, immediately and three-hours post-exercise from the medial vastus lateralis, whilst venous blood samples were collected throughout the trial. Global acetylation, auto-PARylation of PARP1, acetylation of p53 Lys382 and MnSOD Lys122 were unaffected by NR supplementation or exercise. Exercise led to an increase in AMPK Thr172 (1.6-fold), and ACC Ser79 (4-fold) phosphorylation, in addition to an increase in PGC-1α (∼5-fold) and PDK4 (∼10-fold) mRNA expression, however NR had no additional effect on this response. There was also no effect of NR supplementation on substrate utilisation at rest or during exercise or on skeletal muscle mitochondrial respiration. Finally, NR supplementation blunted the exercise induced activation of skeletal muscle NNMT mRNA expression, but had no effect on mRNA expression of NMRK1, NAMPT or NMNAT1, which were not significantly affected by NR supplementation or exercise. In summary, one week of NR supplementation does not augment skeletal muscle signal transduction pathways implicated in mitochondrial adaptation to endurance exercise.

ABSTRACT Background Sarcopenia is thought to be underlined by age‐associated anabolic resistance and dysregulation of intracellular signalling pathways. However, it is unclear whether these phenomena are driven by ageing per se or other confounding factors. Methods Lean and healthy young ( n = 10, 22 ± 3 years, BMI; 23.4 ± 0.8 kg/m 2 ) and old men ( n = 10, 70 ± 3 years, BMI; 22.7 ± 1.3 kg/m 2 ) performed unilateral resistance exercise followed by intake of essential amino acids (EAA). Muscle biopsies were collected from the rested and the exercised leg before, immediately after and 60 and 180 min after EAA intake. Muscle samples were analysed for amino acid concentrations, muscle protein synthesis (MPS) and associated anabolic signalling. Results Following exercise, peak plasma levels of EAA and leucine were similar between groups, but the area under the curve was ~11% and ~28% lower in Young ( p < 0.01). Absolute levels of muscle EAA and leucine peaked 60 min after exercise, with ~15 and ~21% higher concentrations in the exercising leg ( p < 0.01) but with no difference between groups. MPS increased in both the resting (~0.035%·h −1 to 0.056%·h −1 , p < 0.05) and exercising leg (~0.035%·h −1 to 0.083%·h −1 , p < 0.05) with no difference between groups. Phosphorylation of S6K1 Thr389 increased to a similar extent in the exercising leg in both groups but was 2.8‐fold higher in the resting leg of Old at the 60 min timepoint ( p < 0.001). Phosphorylation of 4E‐BP1 Ser65 increased following EAA intake and exercise, but differences between legs were statistically different only at 180 min ( p < 0.001). However, phosphorylation of this site was on average 78% greater across all timepoints in Old ( p < 0.01). Phosphorylation of eEF2 Thr56 was reduced (~66% and 39%) in the exercising leg at both timepoints after EAA intake and exercise, with no group differences ( p < 0.05). However, phosphorylation at this site was reduced by ~27% also in the resting leg at 60 min, an effect that was only seen in Old ( p < 0.01). Total levels of Rheb (~45%), LAT1 (~31%) and Rag B (~31%) were higher in Old ( p < 0.001). Conclusion Lean and healthy old men do not manifest AR as evidenced by potent increases in MPS and mTORC1 signalling following EAA intake and exercise. Maintained anabolic sensitivity with age appears to be a function of a compensatory increase in basal levels of proteins involved in anabolic signalling. Therefore, our results suggest that age per se does not appear to cause AR in human skeletal muscle.

Mitochondrial endonuclease G (EndoG) contributes to chromosomal degradation when it is released from mitochondria during apoptosis. It is presumed to also have a mitochondrial function because EndoG deficiency causes mitochondrial dysfunction. However, the mechanism by which EndoG regulates mitochondrial function is not known. Fat accumulation in metabolic dysfunction–associated steatotic liver disease (MASLD), which is more common in men, is caused in part by mitochondrial dysfunction. EndoG expression is reduced in MASLD liver, and EndoG deficiency causes MASLD in an obesity-independent manner but only in males. EndoG promotes mitochondrial respiration by resolving mitochondrial tRNA/DNA hybrids formed during mtDNA transcription by recruiting RNA helicase DHX30 to unwind them. EndoG also cleaves off the 3′-end of the H-strand transcript that can prevent mt-tRNA Thr precursor cloverleaf-folding, and processing, which increases mt-tRNA Thr production and mitochondrial translation. Using fluorescent lifetime imaging microscopy technology to visualize oxygen consumption at the individual mitochondrion level, we found that EndoG deficiency leads to the selective loss of a mitochondrial subpopulation with high-oxygen consumption. This defect was reversed with mt-tRNA Thr supplementation. Thus, EndoG promotes mitochondrial respiration by selectively regulating the production of mt-tRNA Thr in male mice.

The mechanistic target of rapamycin (mTOR) complex 1 (mTORC1) regulates cell size and growth in response to nutrients, however, the mechanisms by which nutrient levels are sensed by mTORC1 in human skeletal muscle are yet to be fully elucidated. The Class III PI3Kinase Vps34 has recently been proposed as a sensor essential for mTORC1 activation following nutrient stimulation. We therefore investigated the effects of increasing nutrient availability through protein−carbohydrate (PRO−CHO) feeding on Vps34 kinase activity and cellular localization in human skeletal muscle. Eight young, healthy males (age − 21 ±0.5yrs, mean ±SEM) ingested a PRO−CHO beverage containing 20/44/1g PRO/CHO/FAT respectively, with skeletal muscle biopsies obtained at baseline and 1h and 3h post-feeding. PRO−CHO feeding did not alter Vps34 kinase activity, but did stimulate Vps34 translocation toward the cell periphery (PRE (mean±SEM) − 0.273±0.021, 1h − 0.347±0.022, Pearsons Coefficient (r)) where it co−localized with mTOR (PRE − 0.312±0.018, 1h − 0.348±0.024, Pearsons Coefficient (r))). These alterations occurred in parallel to an increase in S6K1 kinase activity − 941±164% of PRE at 1h post-feeding). Subsequent in vitro experiments in C2C12 and human primary myotubes displayed no effect of the Vps34−specific inhibitor SAR405 on mTORC1 signalling responses to elevated nutrient availability. Therefore, in summary, PRO−CHO ingestion does not increase Vps34 activity in human skeletal muscle, whilst pharmacological inhibition of Vps34 does not prevent nutrient stimulation of mTORC1 in vitro. However, PRO−CHO ingestion promotes Vps34 translocation to the cell periphery, enabling Vps34 to associate with mTOR. Therefore, our data suggests that interaction between Vps34 and mTOR, rather than changes in Vps34 activity per se may be involved in PRO−CHO activation of mTORC1 in human skeletal muscle.