The recent discovery that myosin has two distinct states in relaxed muscle - disordered relaxed (DRX) and super-relaxed (SRX) - provides another factor to consider in our fundamental understanding of the aging mechanism in skeletal muscle, since myosin is thought to be a potential contributor to dynapenia. The primary goal of this study was to determine the effects of age on DRX and SRX states and to examine their sex specificity. We have used quantitative fluorescence microscopy of the fluorescent nucleotide analog 2′/3′-O-(N-methylanthraniloyl) ATP (mantATP) to measure single-nucleotide turnover kinetics of myosin in skinned skeletal muscle fibers under relaxing conditions. We examined changes in DRX and SRX in response to the natural aging process by measuring the turnover of mantATP in skinned fibers isolated from psoas muscle of adult young (3-4 months old) and aged (26-28 months old) C57BL/6 female and male mice. Fluorescence decays were fitted to a multi-exponential decay function to determine both the time constants and mole fractions of fast and slow turnover populations, and significance was analyzed by a t-test. We found that in females, both the DRX and SRX lifetimes of myosin ATP turnover at steady state were shorter in aged muscle fibers compared to young muscle fibers (p≤0.033). However, there was no significant difference in relaxation lifetime of either DRX (p=0.202) or SRX (p=0.804) between young and aged male mice. No significant effects were measured on the mole fractions (populations) of these states, as a function of sex or age (females, p=0.100; males, p=0.929). The effect of age on the order of myosin heads at rest and their ATPase function is sex specific, affecting only females. These findings provide new insight into the molecular factors and mechanisms that contribute to aging muscle dysfunction in a sex-specific manner.

SUMMARY Skeletal muscle mass, strength, and regenerative capacity decline with age, with many measures showing greater deterioration in females about the time estrogen levels decrease at menopause. Here we show that maintenance of muscle stem cells, satellite cells, as well as self-renewal and differentiation into muscle fibers, are severely compromised by estrogen deficiency. Mechanistically, by hormone replacement, use of a selective estrogen-receptor modulator (bazedoxifene), and conditional estrogen receptor knockout, we implicate 17β-estradiol and satellite cell expression of estrogen receptor α (ERα) and show that estrogen signaling through this receptor is necessary to prevent apoptosis of satellite cells. Early data from a biopsy study of women who transitioned from peri-to post-menopause are consistent with the loss of satellite cells coincident with the decline in estradiol in humans. Together, these results demonstrate an important role for estrogen in satellite cell maintenance and muscle regeneration in females.

Abstract The myosin super-relaxed state (SRX) in skeletal muscle is hypothesized to play an important role in regulating muscle contractility and thermogenesis in humans, but has only been examined in model organisms. Here we report the first human skeletal muscle SRX measurements, using quantitative epifluorescence microscopy of fluorescent 2’/3’-O-(N-methylanthraniloyl) ATP (mantATP) single-nucleotide turnover. Myosin heavy chain (MHC) isoform expression was determined using gel electrophoresis for each permeabilized vastus lateralis fiber, to allow for novel comparisons of SRX between fiber-types. We find that the fraction of myosin in SRX is less in MHC IIA fibers than in MHC I and IIAX fibers (p = 0.008). ATP turnover of SRX is faster in MHC IIAX fibers compared to MHC I and IIA fibers (p = 0.001). We conclude that SRX biochemistry is measurable in human skeletal muscle, and our data indicate that SRX depends on fiber type as classified by MHC isoform. Extension from this preliminary work would provide further understanding regarding the role of SRX in human muscle physiology.

Abstract The effects of aging on the satellite cell pool have primarily been studied in male mice, where the role of cell‐intrinsic versus environmental changes on satellite cell function remains contentious. Estradiol is necessary for maintenance of satellite cell pool size in adult female mice—here we investigate the hypothesis that in females, estradiol is a major environmental driver of age‐associated effects on satellite cells. In 24–26 month‐old ovarian senescent mice, we find the satellite cell pool size is severely diminished in certain muscles (TA and EDL) but only marginally affected in others (soleus and gastrocnemius). Supplementation with 17‐beta estradiol significantly increases satellite cell pool size in the TA and EDL. To assess cell‐intrinsic versus environmental regulation, we perform two transplantation experiments, Adult or Aged satellite cells transplanted into Adult recipients, and Adult satellite cells transplanted into Adult or Aged mice. These results demonstrate that the aged environment dominates over cell‐autonomous age in terms of the specification of satellite cell pool size. Transcriptional profiling on satellite cells from Adult, Aged and ovariectomized mice revealed commonalities across the two estradiol‐deficient conditions, Aged and ovariectomized, in GO terms from differentially expressed genes. Our findings support the hypothesis that the lack of estradiol contributes to reductions in satellite cell number in Aged female muscle, yet cells that remain are functional in terms of proliferative potential and self‐renewal capacity. These findings have implications for sex hormone treatment of menopausal women and highlight the vital role of estradiol in the maintenance of the satellite cell pool.

Abstract Objective This exploratory study aimed to determine the possible role of sleep in the relationships of depression and anxiety, with early surrogate markers of subclinical atherosclerosis, such as brachial artery (BA) diameter and carotid intima media thickness (CIMT) in women. Methods We included 1,075 self-reported postmenopausal women, 45 to 75 years from the Heart Strategies Concentrating on Risk Evaluation Study. Exposure variables were depression and anxiety assessed using the Center for Epidemiologic Studies Depression Scale and the State-Trait Anxiety Inventory, respectively. Outcome variables were BA diameter and CIMT measured using ultrasonography. The mediator, sleep, was assessed with the Pittsburgh Sleep Symptom Questionnaire–Insomnia. Ordinary least squares regression was used for mediation analyses. Results Of the 1,075 participants, 56.3% were White and 43.7% were Black. Our analyses revealed significant associations of depression and anxiety with sleep ( P < 0.001 for all). After adjusting for confounders, depression was associated with max CIMT (R 2 = 0.15, P = 0.004), but not BA diameter (R 2 = 0.09, P = 0.083). Although the mediating role of sleep in the association between anxiety and BA diameter was not statistically significant [proportion mediated (CI); 0.41 (−2.77, 4.06); P = 0.219], we observed differential results within each racial group. Sleep appeared to partially mediate the association of anxiety with BA diameter in White [0.21 (0.54, 0.80); P = 0.044] women only. Conclusions We found preliminary indications that sleep might mediate the association of anxiety with BA diameter in White women but does not appear to serve as a mediator in all the other relationships we examined.

Running mitigates age-related changes in cardiovascular fitness, but running alone does not preserve muscle strength in aging adults. In addition to age-related declines in muscle strength, menopause negatively affects muscle strength in females. However, the effects of aging on muscle strength in female runners has not been well studied. The purpose of this study was to determine the relationship between age and lower-extremity muscle strength in healthy female recreational runners. Peak isometric and isokinetic (concentric and eccentric) strength of the hip abductors, hip extensors, knee extensors, and plantar flexors was tested in 54 participants (ages 27–65 years) using an isokinetic dynamometer. Simple correlation was used to determine the relationship between age and muscle strength. There was a significant negative correlation between age and isometric hip abduction strength ( R = −.32, p = .017) and age and isometric knee extension strength ( R = −.28, p = .041). There were no significant correlations between age and any other measures of isometric or isokinetic strength. Interventions to improve hip abduction and knee extension strength may be beneficial in aging female runners. Running may help mitigate some age-related declines in concentric muscle strength in female runners. Several strength measures were weakly to moderately correlated with running pace. Efforts to maintain lower-extremity muscle strength into older age may mitigate age-related declines in running pace.

Eccentric contraction- (ECC) induced force loss is a hallmark of murine dystrophin-deficient (mdx) skeletal muscle that is used to assess efficacy of potential therapies for Duchenne muscular dystrophy. While virtually all key proteins involved in muscle contraction have been implicated in ECC force loss, a unifying mechanism that orchestrates force loss across such diverse molecular targets has not been identified. We showed that correcting defective hydrogen sulfide (H2S) signaling in mdx muscle prevented ECC force loss. We also showed that the cysteine proteome of skeletal muscle functioned as a redox buffer in WT and mdx muscle during ECCs, but that buffer capacity in mdx muscle was significantly compromised by elevated basal protein oxidation. Finally, chemo-proteomic data suggested that H2S protected several proteins central to muscle contraction against irreversible oxidation through persulfidation-based priming. Our results support a unifying, redox-based mechanism of ECC force loss in mdx muscle.