The FASEB JournalVolume 35, Issue 6 e21644 RESEARCH ARTICLE Mechanical overload-induced muscle-derived extracellular vesicles promote adipose tissue lipolysis Ivan J. Vechetti Jr, orcid.org/0000-0003-1024-1011 Department of Nutrition and Health Sciences, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, USA Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorBailey D. Peck, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorYuan Wen, Department of Nutrition and Health Sciences, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorR. Grace Walton, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorTaylor R. Valentino, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorAlexander P. Alimov, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorCory M. Dungan, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorDouglas W. Van Pelt, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorFerdinand von Walden, Division of Neuropediatrics, Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, Solna, SwedenSearch for more papers by this authorBjörn Alkner, Division of Neuropediatrics, Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, Solna, Sweden Department of Orthopaedics Eksjö, Regional Hospital Eksjö, Region Jönköping County, Sweden Department of Biomedical and Clinical Sciences, Linköping University, Linköping, SwedenSearch for more papers by this authorCharlotte A. Peterson, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorJohn J. McCarthy, Corresponding Author jjmcca2@uky.edu Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Correspondence John J. McCarthy, Department of Physiology, University of Kentucky, University of Kentucky, Lexington, KY, USA. Email: jjmcca2@uky.eduSearch for more papers by this author Ivan J. Vechetti Jr, orcid.org/0000-0003-1024-1011 Department of Nutrition and Health Sciences, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, USA Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorBailey D. Peck, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorYuan Wen, Department of Nutrition and Health Sciences, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorR. Grace Walton, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorTaylor R. Valentino, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorAlexander P. Alimov, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorCory M. Dungan, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorDouglas W. Van Pelt, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorFerdinand von Walden, Division of Neuropediatrics, Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, Solna, SwedenSearch for more papers by this authorBjörn Alkner, Division of Neuropediatrics, Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, Solna, Sweden Department of Orthopaedics Eksjö, Regional Hospital Eksjö, Region Jönköping County, Sweden Department of Biomedical and Clinical Sciences, Linköping University, Linköping, SwedenSearch for more papers by this authorCharlotte A. Peterson, Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physical Therapy, University of Kentucky, Lexington, KY, USASearch for more papers by this authorJohn J. McCarthy, Corresponding Author jjmcca2@uky.edu Center for Muscle Biology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Department of Physiology, University of Kentucky, Lexington, KY, USA Correspondence John J. McCarthy, Department of Physiology, University of Kentucky, University of Kentucky, Lexington, KY, USA. Email: jjmcca2@uky.eduSearch for more papers by this author First published: 25 May 2021 https://doi.org/10.1096/fj.202100242RCitations: 2 Charlotte A. Peterson and John J. McCarthy are Co-senior authors. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onEmailFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract How regular physical activity is able to improve health remains poorly understood. The release of factors from skeletal muscle following exercise has been proposed as a possible mechanism mediating such systemic benefits. We describe a mechanism wherein skeletal muscle, in response to a hypertrophic stimulus induced by mechanical overload (MOV), released extracellular vesicles (EVs) containing muscle-specific miR-1 that were preferentially taken up by epidydimal white adipose tissue (eWAT). In eWAT, miR-1 promoted adrenergic signaling and lipolysis by targeting Tfap2α, a known repressor of Adrβ3 expression. Inhibiting EV release prevented the MOV-induced increase in eWAT miR-1 abundance and expression of lipolytic genes. Resistance exercise decreased skeletal muscle miR-1 expression with a concomitant increase in plasma EV miR-1 abundance, suggesting a similar mechanism may be operative in humans. Altogether, these findings demonstrate that skeletal muscle promotes metabolic adaptations in adipose tissue in response to MOV via EV-mediated delivery of miR-1. Citing Literature Supporting Information Filename Description fsb221644-sup-0001-FigS1.tifTIFF image, 16.7 MB Fig S1 fsb221644-sup-0002-FigS2.tifTIFF image, 5.2 MB Fig S2 fsb221644-sup-0003-FigS3.tifTIFF image, 807.4 KB Fig S3 fsb221644-sup-0004-FigS4.tifTIFF image, 1.2 MB Fig S4 fsb221644-sup-0005-FigS5.tifTIFF image, 1.3 MB Fig S5 fsb221644-sup-0006-TableS1.docxWord document, 13.7 KB Table S1 fsb221644-sup-0007-Legends.docxWord document, 15.2 KB Supplementary Material Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume35, Issue6June 2021e21644 RelatedInformation

Exercise promotes functional improvements in aged tissues, but the extent to which it simulates partial molecular reprogramming is unknown. Using transcriptome profiling from (1) a skeletal muscle-specific in vivo Oct3/4, Klf4, Sox2 and Myc (OKSM) reprogramming-factor expression murine model; (2) an in vivo inducible muscle-specific Myc induction murine model; (3) a translatable high-volume hypertrophic exercise training approach in aged mice; and (4) human exercise muscle biopsies, we collectively defined exercise-induced genes that are common to partial reprogramming. Late-life exercise training lowered murine DNA methylation age according to several contemporary muscle-specific clocks. A comparison of the murine soleus transcriptome after late-life exercise training to the soleus transcriptome after OKSM induction revealed an overlapping signature that included higher JunB and Sun1. Also, within this signature, downregulation of specific mitochondrial and muscle-enriched genes was conserved in skeletal muscle of long-term exercise-trained humans; among these was muscle-specific Abra/Stars. Myc is the OKSM factor most induced by exercise in muscle and was elevated following exercise training in aged mice. A pulse of MYC rewired the global soleus muscle methylome, and the transcriptome after a MYC pulse partially recapitulated OKSM induction. A common signature also emerged in the murine MYC-controlled and exercise adaptation transcriptomes, including lower muscle-specific Melusin and reactive oxygen species-associated Romo1. With Myc, OKSM and exercise training in mice, as well habitual exercise in humans, the complex I accessory subunit Ndufb11 was lower; low Ndufb11 is linked to longevity in rodents. Collectively, exercise shares similarities with genetic in vivo partial reprogramming. KEY POINTS: Advances in the last decade related to cellular epigenetic reprogramming (e.g. DNA methylome remodelling) toward a pluripotent state via the Yamanaka transcription factors Oct3/4, Klf4, Sox2 and Myc (OKSM) provide a window into potential mechanisms for combatting the deleterious effects of cellular ageing. Using global gene expression analysis, we compared the effects of in vivo OKSM-mediated partial reprogramming in skeletal muscle fibres of mice to the effects of late-life murine exercise training in muscle. Myc is the Yamanaka factor most induced by exercise in skeletal muscle, and so we compared the MYC-controlled transcriptome in muscle to Yamanaka factor-mediated and exercise adaptation mRNA landscapes in mice and humans. A single pulse of MYC is sufficient to remodel the muscle methylome. We identify partial reprogramming-associated genes that are innately altered by exercise training and conserved in humans, and propose that MYC contributes to some of these responses.

Background: A reduction in skeletal muscle stem cell (satellite cell) content with advancing age is thought to directly contribute to the progressive loss of skeletal muscle mass and function with aging (sarcopenia). However, we reported that the depletion of satellite cells throughout adulthood did not affect the onset or degree of sarcopenia observed in sedentary old mice. The current study was designed to determine if lifelong physical activity would alter the requirements for satellite cells during aging. Methods: We administered vehicle or tamoxifen to adult (5 months old) female Pax7-DTA mice for 5 consecutive days to effectively deplete satellite cells. Following a 2-month washout period, mice were assigned to physically active (free access to a running wheel) or sedentary (locked running wheel) conditions. Thirteen months later, at a mean age of 20 months, mice were sacrificed for subsequent analysis. Results: Satellite cell depletion throughout adulthood negatively impacted physical function and limited muscle fiber hypertrophy in response to lifelong physical activity. To further interrogate these findings, we performed transcriptome-wide analyses on the hind limb muscles that experienced hypertrophic growth (plantaris and soleus) in response to lifelong physical activity. Our findings demonstrate that satellite cell function is muscle type-specific; fusion with fibers is apparent in oxidative muscles, while initiation of Gαi2 signaling appears to require satellite cells in glycolytic muscles to induce muscle growth. Conclusions: These findings suggest that satellite cells, or their secretory products, are viable therapeutic targets to preserve physical function with aging and promote muscle growth in older adults who regularly engage in physical activity.