An in vivo technique was developed for measuring the absolute myocardial blood flow with H215O and dynamic positron-emission tomography. This technique was based on a new model involving the concept of the tissue fraction, which was defined as the fraction of the tissue mass in the volume of the region of interest. The myocardium was imaged dynamically by positron-emission tomography, starting at the time of intravenous bolus injection of H215O. The arterial input function was measured continuously with a beta-ray detector. A separate image after C15O inhalation was also obtained for correction of the H215O radioactivity in the blood. The absolute myocardial blood flow and the tissue fraction were calculated for 15 subjects with a kinetic technique under region-of-interest analysis. These results seem consistent with their coronary angiographic findings. The mean value of the measured absolute myocardial blood flows in normal subjects was 0.95 +/- 0.09 ml/min/g. This technique detected a diffuse decrease of myocardial blood flow in patients with triple-vessel disease.

Muscle satellite cells are normally quiescent but are rapidly activated following muscle damage. Here, we investigated whether damaged myofibers influence the activation of satellite cells. Our findings revealed that satellite cells are directly activated by damaged-myofiber-derived factors (DMDFs). DMDFs induced satellite cells to enter the cell cycle; however, the cells stayed at the G1 phase and did not undergo S phase, and these cells were reversible to the quiescent-like state. Proteome analysis identified metabolic enzymes, including GAPDH, as DMDFs, whose recombinant proteins stimulated the activation of satellite cells. Satellite cells pre-exposed to the DMDFs demonstrated accelerated proliferation ex vivo. Treatment with recombinant GAPDH prior to muscle injury promoted expansion of the satellite cell population in vivo. Thus, our results indicate that DMDFs are not only a set of biomarkers for muscle damage, but also act as moonlighting proteins involved in satellite cell activation at the initial step of muscle regeneration.

Abstract Muscle satellite cells (MuSCs), myogenic stem cells in skeletal muscle, play an essential role in muscle regeneration. During the regeneration process, cues from the surrounding microenvironment are critical for the proliferation and function of MuSCs. However, the mechanism by which mechanical stimuli from the MuSCs niche is converted into biochemical signals to promote muscle regeneration is yet to be determined. Here, we show that PIEZO1, a calcium ion (Ca 2+ )-permeable cation channel that is activated by membrane tension, mediates the spontaneous Ca 2+ influx to controls the regenerative function of MuSCs. Our genetically engineering approach in mice revealed that PIEZO1 is functionally expressed in MuSCs, and the conditional deletion of Piezo1 in MuSCs delays myofiber regeneration after myofiber injury, which is at least in part due to the growth defect in MuSCs via the reduction in RhoA-mediated actomyosin formation. Thus, we provide the first evidence in MuSCs that PIEZO1, a bona fide mechanosensitive ion channel, promotes the proliferative and regenerative function during skeletal muscle regeneration.

SUMMARY Skeletal muscle stem cells (satellite cells) are distributed throughout the body with heterogeneous properties that corresponds to region-specific pathophysiology. However, topographical genes that have functions remain unidentified in satellite cells of adult muscle. Here, we showed that expression of Homeobox (Hox)-A cluster genes, key regulators of the embryonic body plan, was robustly maintained in both muscles and satellite cells in adult mice and humans, which recapitulates their embryonic origin. We observed that regionally specific expressed Hox genes were linked to hypermethylation of the Hox-A locus. We examined Hoxa10 inactivation in satellite cells and found it led to genomic instability and mitotic catastrophe, which resulted in a decline in the regionally specific regenerative ability of muscles in adult mice. Thus, our results showed that Hox gene expression profiles instill the embryonic history in satellite cells as positional memory, potentially modulating the region-specificity in adult skeletal muscles.

Abstract Although there is a global demand for hair regrowth, particularly among middle-aged and older individuals, an effective hair growth technology has not yet been established 1 . Hair follicle neogenesis is restricted to the embryonic period, but hair regeneration accompanied by wound healing has been observed under some conditions 2–4 ; however, the underlying mechanisms are unclear. Herein, we demonstrated that creating a wound without dermal defects effectively induced postneonatal hair follicle neogenesis. Separating the epidermis from the dermis by topical application of adhesive and shrinkable materials to mouse skin promoted epidermal regeneration, followed by new hair follicle formation. Hair follicle regeneration, accompanied by the upregulation of related genes, can be induced in mice, including middle-aged and aged mice, regardless of species, sex, skin location, or age. The cycle of the regenerated hair eventually synchronized with that of the surrounding physiological hairs. Our new hair regeneration technique based on reproduction of epidermis–dermis interactions provides a novel means to treat hair loss, including androgenetic alopecia.

Summary DNA methylation is an essential form of epigenetic regulation responsible for cellular identity. In muscle stem cells, termed satellite cells, DNA methylation patterns are tightly regulated during differentiation. However, it is unclear how these DNA methylation patterns are maintained. We demonstrate that a key epigenetic regulator, ubiquitin like with PHD and RING finger domains 1 (Uhrf1), is activated in proliferating myogenic cells but not expressed in quiescent or differentiated myogenic cells in mice. Ablation of Uhrf1 in mouse satellite cells impairs their proliferation and differentiation, leading to failed muscle regeneration. Loss of Uhrf1 in satellite cells alters transcriptional programs, leading to DNA hypomethylation with activation of Cdkn1a and Notch signaling. Although down-regulation of Cdkn1a rescued proliferation but not differentiation, inhibition of Notch signaling rescued impaired differentiation of Uhrf1-deficient satellite cells. These findings point to Uhrf1 as a regulator of self-renewal and differentiation of satellite cells via genome-wide DNA methylation patterning.

Abstract Skeletal muscle exhibits remarkable plasticity in response to environmental cues, with stress-dependent effects on the fast-twitch and slow-twitch fibers. Although stress-induced gene expression underlies environmental adaptation, it is unclear how transcriptional and epigenetic factors regulate fiber type-specific responses in the muscle. Here, we show that flavin-dependent lysine-specific demethylase 1 (LSD1) differentially controls responses to glucocorticoid and exercise in postnatal skeletal muscle. Using skeletal muscle-specific LSD1 knockout mice and in vitro approaches, we found that LSD1 loss exacerbated glucocorticoid-induced atrophy in the fast fiber-dominant muscles, with reduced nuclear retention of Foxk1, an anti-autophagic transcription factor. Furthermore, LSD1 depletion enhanced endurance exercise-induced hypertrophy in the slow fiber-dominant muscles, by induced expression of ERRγ, a transcription factor that promotes oxidative metabolism genes. Thus, LSD1 serves as an “epigenetic barrier” that optimizes fiber type-specific responses and muscle mass under the stress conditions. Our results uncover that LSD1 modulators provide emerging therapeutic and preventive strategies against stress-induced myopathies such as sarcopenia, cachexia, and disuse atrophy. Graphical abstract. LSD1 serves as an “epigenetic barrier” that defines stress sensitivities in the skeletal muscle LSD1 attenuates glucocorticoid (GC)-induced atrophy in the fast fiber-dominant muscles, in collaboration with Foxk1, an anti-autophagic transcription factor. On the other hand, LSD1 attenuates endurance exercise-induced hypertrophy in the slow fiber-dominant muscles, by inhibiting ERRγ, a transcription factor that promotes oxidative metabolism genes. The loss of LSD1 remarkably sensitized the muscles to GC and endurance exercise.