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.

Vitamin D deficiency has been linked to a reduction in skeletal muscle function and oxidative capacity, however, the mechanistic basis of these impairments are poorly understood. The biological actions of vitamin D are carried out via the binding of 1α,25-dihydroxyvitamin D3 (1α,25(OH)2D3) to the vitamin D receptor (VDR). Recent evidence has linked 1α,25(OH)2D3 to the regulation of skeletal muscle mitochondrial function in vitro, however, little is known with regard to the role of the VDR in this process. To examine the regulatory role of the VDR in skeletal muscle mitochondrial function, we utilised lentiviral mediated shRNA silencing of the VDR in C2C12 myoblasts (VDR-KD) and examined mitochondrial respiration and protein content compared to shRNA scrambled control. VDR protein content was reduced by ~95% in myoblasts and myotubes (P < 0.001). VDR-KD myoblasts displayed a 30%, 30% and 36% reduction in basal, coupled and maximal respiration respectively (P < 0.05). This phenotype was maintained in VDR-KD myotubes, displaying a 34%, 33% and 48% reduction in basal, coupled and maximal respiration (P < 0.05). Furthermore, ATP production derived from oxidative phosphorylation (ATPox) was reduced by 20% suggesting intrinsic impairments within the mitochondria following VDR-KD. However, despite the observed functional decrements, mitochondrial protein content as well as markers of fusion and fission were unchanged. In summary, we highlight a direct role for the VDR in regulating skeletal muscle mitochondrial respiration in vitro, providing a potential mechanism as to how vitamin D deficiency might impact upon skeletal muscle oxidative capacity.

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.

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.