Abstract Aims/Hypothesis Insulin resistance and blunted mitochondrial capacity in skeletal muscle are often synonymous; however, this association remains controversial. The aim of this study was to perform an in-depth multi-factorial comparison of skeletal muscle mitochondrial capacity between individuals who were lean and active (Active), individuals with obesity (Obese) and individuals with Obesity, insulin resistance and type 2 diabetes (T2D). Methods Skeletal muscle biopsies were obtained from the Vastus Lateralis of individuals who were lean and active (Active- n = 9), individuals with obesity (Obese- n = 9) and individuals with obesity insulin resistance and T2D (T2D- n =22) in this cross-sectional design. Mitochondrial capacity was assessed by ex vivo mitochondrial respiration with fatty-acid and glycolytic supported protocols adjusted for mitochondrial content (mtDNA and citrate synthase activity). Supercomplex assembly was measured by BN-PAGE and immunoblot. TCA cycle intermediates were assessed with targeted metabolomics. Exploratory transcriptomics and DNA methylation analyses were performed to uncover molecular differences affecting mitochondrial function among the three groups. Results Active had greater mitochondrial capacity compared to both Obese and T2D for ex vivo mitochondrial respiration with fatty-acid and glycolytic supported protocols adjusted for mitochondrial content ( P < 0.05). Complex IV supercomplex assembley was greater in Active compared to Obese and T2D ( P < 0.05) whereas Complex I and III supercomplex assembly was greater in Active compared to T2D only ( P < 0.05). TCA cycle intermediates; citrate, succinate, fumarate and malate were all significantly greater in Active compared to Obese and T2D ( P < 0.05). Strikingly, Obese and T2D do not differ in any of the skeletal muscle mitochondrial measurements. Active had an upregulation of genes related to respiration/mitochondrial capacity compared to both Obese and T2D. Transcriptional differences between Obese and T2D were not driven by mitochondrial related process. Active had reduced methylation correlated with increased gene expression for important mitochondrial-related genes, including ATP5PD and MFN2 . Conclusions/Interpretations We reveal no discernable differences in skeletal muscle mitochondrial content, mitochondrial capacity and mitochondrial molecular profiles between obese individuals with and without T2D that had comparable levels of confounding factors (BMI, age, aerobic capacity) that affect mitochondrial capacity. We highlight that lean, active individuals have enhanced skeletal muscle mitochondrial capacity that is also reflected at the level of DNA methylation and gene transcription. The collective observation of comparable muscle mitochondrial capacity in individuals with obesity and T2D (vs. individuals without T2D) underscores a dissociation from skeletal muscle insulin resistance. Clinical trial number NCT0191110

Abstract Background The aberrant expression of phosphofructokinase-platelet (PFKP) plays a crucial role in the development of various human cancers by modifying diverse biological functions. However, the precise molecular mechanisms underlying the role of PFKP in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) are not fully elucidated. Methods We assessed the expression levels of PFKP and c-Myc in tumor and adjacent normal tissues from 120 HNSCC patients. A series of in vitro and in vivo experiments were performed to explore the impact of the feedback loop between PFKP and c-Myc on HNSCC progression. Additionally, we explored the therapeutic effects of targeting PFKP and c-Myc in HNSCC using Patient-Derived Organoids (PDO), Cell Line-Derived Xenografts, and Patients-Derived Xenografts. Results Our findings indicated that PFKP is frequently upregulated in HNSCC tissues and cell lines, correlating with poor prognosis. Our in vitro and in vivo experiments demonstrate that elevated PFKP facilitates cell proliferation, angiogenesis, and metastasis in HNSCC. Mechanistically, PFKP increases the ERK-mediated stability of c-Myc, thereby driving progression of HNSCC. Moreover, c-Myc stimulates PFKP expression at the transcriptional level, thus forming a positive feedback loop between PFKP and c-Myc. Additionally, our multiple models demonstrate that co-targeting PFKP and c-Myc triggers synergistic anti-tumor effects in HNSCC. Conclusion Our study demonstrates the critical role of the PFKP/c-Myc positive feedback loop in driving HNSCC progression and suggests that simultaneously targeting PFKP and c-Myc may be a novel and effective therapeutic strategy for HNSCC.