The regenerative potential of skeletal muscle declines with age, and this impairment is associated with an increase in tissue fibrosis. We show that muscle stem cells (satellite cells) from aged mice tend to convert from a myogenic to a fibrogenic lineage as they begin to proliferate and that this conversion is mediated by factors in the systemic environment of the old animals. We also show that this lineage conversion is associated with an activation of the canonical Wnt signaling pathway in aged myogenic progenitors and can be suppressed by Wnt inhibitors. Furthermore, components of serum from aged mice that bind to the Frizzled family of proteins, which are Wnt receptors, may account for the elevated Wnt signaling in aged cells. These results indicate that the Wnt signaling pathway may play a critical role in tissue-specific stem cell aging and an increase in tissue fibrosis with age.

An important unresolved question in skeletal muscle plasticity is whether satellite cells are necessary for muscle fiber hypertrophy. To address this issue, a novel mouse strain (Pax7-DTA) was created which enabled the conditional ablation of >90% of satellite cells in mature skeletal muscle following tamoxifen administration. To test the hypothesis that satellite cells are necessary for skeletal muscle hypertrophy, the plantaris muscle of adult Pax7-DTA mice was subjected to mechanical overload by surgical removal of the synergist muscle. Following two weeks of overload, satellite cell-depleted muscle showed the same increases in muscle mass (approximately twofold) and fiber cross-sectional area with hypertrophy as observed in the vehicle-treated group. The typical increase in myonuclei with hypertrophy was absent in satellite cell-depleted fibers, resulting in expansion of the myonuclear domain. Consistent with lack of nuclear addition to enlarged fibers, long-term BrdU labeling showed a significant reduction in the number of BrdU-positive myonuclei in satellite cell-depleted muscle compared with vehicle-treated muscle. Single fiber functional analyses showed no difference in specific force, Ca2+ sensitivity, rate of cross-bridge cycling and cooperativity between hypertrophied fibers from vehicle and tamoxifen-treated groups. Although a small component of the hypertrophic response, both fiber hyperplasia and regeneration were significantly blunted following satellite cell depletion, indicating a distinct requirement for satellite cells during these processes. These results provide convincing evidence that skeletal muscle fibers are capable of mounting a robust hypertrophic response to mechanical overload that is not dependent on satellite cells.

Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is a fatal childhood cancer. We performed a chemical screen in patient-derived DIPG cultures along with RNA-seq analyses and integrated computational modeling to identify potentially effective therapeutic strategies. The multi-histone deacetylase inhibitor panobinostat demonstrated therapeutic efficacy both in vitro and in DIPG orthotopic xenograft models. Combination testing of panobinostat and the histone demethylase inhibitor GSK-J4 revealed that the two had synergistic effects. Together, these data suggest a promising therapeutic strategy for DIPG.

The transcription factor FOXO1 is identified as a crucial checkpoint of vascular growth, coupling the metabolic and proliferative activities of endothelial cells. The mechanisms that balance the metabolism of endothelial cells and their growth state are not known. Here Michael Potente and colleagues identify the transcription factor FOXO1 as a crucial checkpoint of vascular growth, coupling the metabolic and proliferative activities of endothelial cells. They find that FOXO1 expression in endothelial cells is required to keep the cells quiescent, through suppressing c-MYC signalling, thereby reducing glycolysis and mitochondrial respiration. Endothelial-specific deletion of FOXO1 in mice induces vessel hyperplasia and enlargement. Endothelial cells (ECs) are plastic cells that can switch between growth states with different bioenergetic and biosynthetic requirements1. Although quiescent in most healthy tissues, ECs divide and migrate rapidly upon proangiogenic stimulation2,3. Adjusting endothelial metabolism to the growth state is central to normal vessel growth and function1,4, yet it is poorly understood at the molecular level. Here we report that the forkhead box O (FOXO) transcription factor FOXO1 is an essential regulator of vascular growth that couples metabolic and proliferative activities in ECs. Endothelial-restricted deletion of FOXO1 in mice induces a profound increase in EC proliferation that interferes with coordinated sprouting, thereby causing hyperplasia and vessel enlargement. Conversely, forced expression of FOXO1 restricts vascular expansion and leads to vessel thinning and hypobranching. We find that FOXO1 acts as a gatekeeper of endothelial quiescence, which decelerates metabolic activity by reducing glycolysis and mitochondrial respiration. Mechanistically, FOXO1 suppresses signalling by MYC (also known as c-MYC), a powerful driver of anabolic metabolism and growth5,6. MYC ablation impairs glycolysis, mitochondrial function and proliferation of ECs while its EC-specific overexpression fuels these processes. Moreover, restoration of MYC signalling in FOXO1-overexpressing endothelium normalizes metabolic activity and branching behaviour. Our findings identify FOXO1 as a critical rheostat of vascular expansion and define the FOXO1–MYC transcriptional network as a novel metabolic checkpoint during endothelial growth and proliferation.

Cachexia is a debilitating condition characterized by extreme skeletal muscle wasting that contributes significantly to morbidity and mortality. Efforts to elucidate the underlying mechanisms of muscle loss have predominantly focused on events intrinsic to the myofiber. In contrast, less regard has been given to potential contributory factors outside the fiber within the muscle microenvironment. In tumor-bearing mice and patients with pancreatic cancer, we found that cachexia was associated with a type of muscle damage resulting in activation of both satellite and nonsatellite muscle progenitor cells. These muscle progenitors committed to a myogenic program, but were inhibited from completing differentiation by an event linked with persistent expression of the self-renewing factor Pax7. Overexpression of Pax7 was sufficient to induce atrophy in normal muscle, while under tumor conditions, the reduction of Pax7 or exogenous addition of its downstream target, MyoD, reversed wasting by restoring cell differentiation and fusion with injured fibers. Furthermore, Pax7 was induced by serum factors from cachectic mice and patients, in an NF-κB-dependent manner, both in vitro and in vivo. Together, these results suggest that Pax7 responds to NF-κB by impairing the regenerative capacity of myogenic cells in the muscle microenvironment to drive muscle wasting in cancer.

Satellite cells are skeletal muscle stem cells capable of self-renewal and differentiation after transplantation, but whether they contribute to endogenous muscle fiber repair has been unclear. The transcription factor Pax7 marks satellite cells and is critical for establishing the adult satellite cell pool. By using a lineage tracing approach, we show that after injury, quiescent adult Pax7(+) cells enter the cell cycle; a subpopulation returns to quiescence to replenish the satellite cell compartment, while others contribute to muscle fiber formation. We demonstrate that Sprouty1 (Spry1), a receptor tyrosine kinase signaling inhibitor, is expressed in quiescent Pax7(+) satellite cells in uninjured muscle, downregulated in proliferating myogenic cells after injury, and reinduced as Pax7(+) cells re-enter quiescence. We show that Spry1 is required for the return to quiescence and homeostasis of the satellite cell pool during repair. Our results therefore define a role for Spry1 in adult muscle stem cell biology and tissue repair.

d Notch signaling is a conserved cell fate regulator during development and postnatal tissue regeneration.Using skeletal muscle satellite cells as a model and through myogenic cell lineage-specific NICD OE (overexpression of constitutively activated Notch 1 intracellular domain), here we investigate how Notch signaling regulates the cell fate choice of muscle stem cells.We show that in addition to inhibiting MyoD and myogenic differentiation, NICD OE upregulates Pax7 and promotes the self-renewal of satellite cell-derived primary myoblasts in culture.Using MyoD ؊/؊ myoblasts, we further show that NICD OE upregulates Pax7 independently of MyoD inhibition.In striking contrast to previous observations, NICD OE also inhibits S-phase entry and Ki67 expression and thus reduces the proliferation of primary myoblasts.Overexpression of canonical Notch target genes mimics the inhibitory effects of NICD OE on MyoD and Ki67 but not the stimulatory effect on Pax7.Instead, NICD regulates Pax7 through interaction with RBP-J, which binds to two consensus sites upstream of the Pax7 gene.Importantly, satellite cell-specific NICD OE results in impaired regeneration of skeletal muscles along with increased Pax7 ؉ mononuclear cells.Our results establish a role of Notch signaling in actively promoting the self-renewal of muscle stem cells through direct regulation of Pax7.

Abstract Wilms’ tumor is the most common childhood kidney cancer. Two distinct histological subtypes of Wilms’ tumor have been described: tumors lacking anaplasia (the favorable subtype) and tumors displaying anaplastic features (the unfavorable subtype). Children with favorable disease generally have a very good prognosis, while those with anaplasia are oftentimes refractory to standard treatments and suffer poor outcomes. MYCN dysregulation has been associated with a number of pediatric cancers including the anaplastic subtype of Wilms’ tumor. In this context, we undertook a functional genomics approach to uncover novel therapeutic strategies for those patients with anaplastic Wilms’ tumor. Genomic analysis and in vitro experimentation demonstrate that Wilms’ tumor cell growth can be reduced by modulating MYCN overexpression via BRD4 inhibition. We observed a time dependent reduction of MYCN and MYC protein levels upon BRD4 inhibition in Wilms’ tumor cell lines which led to increased cell death and suppressed proliferation. We suggest that AZD5153, a novel dual-BRD4 inhibitor, can reduce MYCN levels and should be further explored for its therapeutic potential against Wilms’ tumor.

Alveolar and embryonal rhabdomyosarcoma (RMS) are soft-tissue cancers that affect children, adolescents, and young adults. Sometimes referred to as muscle cancer, RMS is a cancer of muscle and non-muscle origin that phenocopies incompletely differentiated myoblasts or activated satellite (muscle stem) cells. Interestingly, embryonal RMS (ERMS) has been observed to undergo terminal myogenic differentiation in response to stress induced by chemotherapy and radiation therapy[4][1], [9][2], [24][3]. Given the propensity of rhabdomyosarcoma to differentiation, in this report we explore the use of differentiation therapy combining MEK inhibitor (MEKi) cobimetinib and chemotherapy as a strategy to halt RMS growth. We evaluated a representative panel of RMS cell lines with cobimetinib and chemotherapy in two dosing schedules that mimic clinical use followed by cell growth evaluation and high content analysis (differentiation) assays. We uncovered that cobimetinib does not have significant additive or synergistic effects on cell differentiation or cell growth with chemotherapy in RMS and can have unanticipated antagonistic effects; specifically, pre-exposure of cobimetinib to cells can decrease the effectiveness of chemotherapy-mediated cell growth inhibition in vitro . Although differentiation-therapy is still a potential viable strategy in RMS, our data do not support MEKi/chemotherapy co-treatment in this context.* ATCC : American Tissue Culture Collection DMSO : Dimethyl sulfoxide ERK1/2 : ERK1 and ERK2 FBS : Fetal bovine serum HRP : Horseradish peroxidase ICC : Immunocytochemistry IHC : Immunohistochemistry MEK1/2 : MEK1 and MEK2 PBS : Phosphate buffered saline Phospho : Phosphorylated PVDF : Polyvinylidene difluoride membrane RIPA : Radio immunoprecipitation RPM : Revolution per minute SDS : Sodium dodecyl sulfate detergent TBST : Tris-buffered saline with Tween 20 [1]: #ref-4 [2]: #ref-9 [3]: #ref-24

Abstract The childhood muscle cancer rhabdomyosarcoma (RMS) is the most common pediatric soft tissue sarcoma. In the last 40 years, outcomes for low and intermediate risk patients have improved; however, high risk patients with metastatic disease still have poor overall survival. Differentiation therapy for RMS has been considered a potential clinical approach to halting tumor progression by inducing the terminal myogenic differentiation program, and thus reducing the need for cytotoxic chemotherapy. Both the NOTCH and MEK pathway have been shown to play varying roles in inducing differentiation in RMS cells. Here, we tested several different RMS cell lines harboring varying genetic abnormalities with the MEK inhibitor trametinib alone, and in combination with γ-secretase inhibitors and found no significant effect on cell viability when used together.