Insulin resistance (IR) is a risk factor for the development of several metabolic diseases. In healthy young individuals, an elevated heart rate (HR) correlates with low insulin sensitivity and high expression of type II skeletal muscle fibers, which express low levels of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and, hence, a limited capacity to induce vasodilation in response to insulin. Early targeting of the autonomic nervous system and microvasculature may attenuate development of diseases stemming from insulin resistance.

The objective of this work was to investigate myonuclear permanence and transcriptional regulation as mechanisms for cellular muscle memory after strength training in humans. Twelve untrained men and women performed 10 weeks of unilateral elbow-flexor strength training followed by 16 weeks of de-training. Thereafter, 10 weeks' re-training was conducted with both arms: the previously trained arm and the contralateral untrained control arm. Muscle biopsies were taken from the trained arm before and after both training periods and from the control arm before and after re-training. Muscle biopsies were analysed for fibre cross-sectional area (fCSA), myonuclei and global transcriptomics (RNA sequencing). During the first training period, myonuclei increased in type 1 (13 ± 17%) and type 2 (33 ± 23%) fibres together with a 30 ± 43% non-significant increase in mixed fibre fCSA (P = 0.069). Following de-training, fCSA decreased in both fibre types, whereas myonuclei were maintained, resulting in 33% higher myonuclear number in previously trained vs. control muscle in type 2 fibres. Furthermore, in the previously trained muscle, three differentially expressed genes (DEGs; EGR1, MYL5 and COL1A1) were observed. Following re-training, the previously trained muscle showed larger type 2 fCSA compared to the control (P = 0.035). However, delta change in type 2 fCSA was not different between muscles. Gene expression was more dramatically changed in the control arm (1338 DEGs) than in the previously trained arm (822 DEGs). The sustained higher number of myonuclei in the previously trained muscle confirms myonuclear accretion and permanence in humans. Nevertheless, because of the unclear effect on the subsequent hypertrophy with re-training, the physiological benefit remains to be determined. KEY POINTS: Muscle memory is a cellular mechanism that describes the capacity of skeletal muscle fibres to respond differently to training stimuli if the stimuli have been previously encountered. This study overcomes past methodological limitations related to the choice of muscles and analytical procedures. We show that myonuclear number is increased after strength training and maintained during de-training. Increased myonuclear number and differentially expressed genes related to muscle performance and development in the previously trained muscle did not translate into a clearly superior responses during re-training. Because of the unclear effect on the subsequent hypertrophy and muscle strength gain with re-training, the physiological benefit remains to be determined.

Sarcopenia is thought to be underlined by age-associated anabolic resistance and dysregulation of intracellular signalling pathways. However, it is unclear whether these phenomena are driven by ageing per se or other confounding factors. Lean and healthy young (n=10, 22 ± 3 yrs, BMI; 23.4 ± 0.8 kg/m2) and old men (n=10, 70 ± 3 yrs, BMI; 22.7 ± 1.3 kg/m2) performed unilateral resistance exercise followed by intake of essential amino acids (EAA). Muscle biopsies were collected from the rested and the exercised leg before, immediately after, as well as 60 and 180 minutes after EAA intake. Muscle samples were analyzed for amino acid concentrations, muscle protein synthesis (MPS) and associated anabolic signaling. Following exercise, peak plasma levels of EAA and leucine were similar between groups, but the area under the curve was ~11% and ~28% lower in Young (p<0.01). Absolute levels of muscle EAA and leucine peaked 60 min after exercise, with ~15 and ~21 % higher concentrations in the exercising leg (p<0.01) but with no difference between groups. MPS increased in both the resting (~ 0.035%∙h-1 to 0.056%∙h-1, p<0.05) and exercising leg (~ 0.035%∙h-1 to 0.083%∙h-1, p<0.05) with no difference between groups. Phosphorylation of S6K1 Thr389 increased to a similar extent in the exercising leg in both groups but was 2.8-fold higher in the resting leg of Old at the 60 min timepoint (p<0.001). Phosphorylation of 4E-BP1 Ser65 increased following EAA intake and exercise, but differences between legs were statistically different only at 180 min (p<0.001). However, phosphorylation of this site was on average 78% greater across all timepoints in Old (p<0.01). Phosphorylation of eEF2 Thr56 was reduced (~ 66 and 39%) in the exercising leg at both timepoints after EAA intake and exercise, with no group differences (p<0.05). However, phosphorylation at this site was reduced by ~ 27% also in the resting leg at 60 min, an effect that was only seen in Old (p<0.01). Total levels of Rheb (~ 45%), LAT1 (~ 31%) and Rag B (~ 31%) were higher in Old (p<0.001). Lean and healthy old men do not manifest AR as evidenced by potent increases in MPS and mTORC1 signalling following EAA intake and exercise. Maintained anabolic sensitivity with age appears to be a function of a compensatory increase in basal levels of proteins involved in anabolic signalling. Therefore, our results suggest that age per se does not appear to cause AR in human skeletal muscle.

ABSTRACT Background Sarcopenia is thought to be underlined by age‐associated anabolic resistance and dysregulation of intracellular signalling pathways. However, it is unclear whether these phenomena are driven by ageing per se or other confounding factors. Methods Lean and healthy young ( n = 10, 22 ± 3 years, BMI; 23.4 ± 0.8 kg/m 2 ) and old men ( n = 10, 70 ± 3 years, BMI; 22.7 ± 1.3 kg/m 2 ) performed unilateral resistance exercise followed by intake of essential amino acids (EAA). Muscle biopsies were collected from the rested and the exercised leg before, immediately after and 60 and 180 min after EAA intake. Muscle samples were analysed for amino acid concentrations, muscle protein synthesis (MPS) and associated anabolic signalling. Results Following exercise, peak plasma levels of EAA and leucine were similar between groups, but the area under the curve was ~11% and ~28% lower in Young ( p < 0.01). Absolute levels of muscle EAA and leucine peaked 60 min after exercise, with ~15 and ~21% higher concentrations in the exercising leg ( p < 0.01) but with no difference between groups. MPS increased in both the resting (~0.035%·h −1 to 0.056%·h −1 , p < 0.05) and exercising leg (~0.035%·h −1 to 0.083%·h −1 , p < 0.05) with no difference between groups. Phosphorylation of S6K1 Thr389 increased to a similar extent in the exercising leg in both groups but was 2.8‐fold higher in the resting leg of Old at the 60 min timepoint ( p < 0.001). Phosphorylation of 4E‐BP1 Ser65 increased following EAA intake and exercise, but differences between legs were statistically different only at 180 min ( p < 0.001). However, phosphorylation of this site was on average 78% greater across all timepoints in Old ( p < 0.01). Phosphorylation of eEF2 Thr56 was reduced (~66% and 39%) in the exercising leg at both timepoints after EAA intake and exercise, with no group differences ( p < 0.05). However, phosphorylation at this site was reduced by ~27% also in the resting leg at 60 min, an effect that was only seen in Old ( p < 0.01). Total levels of Rheb (~45%), LAT1 (~31%) and Rag B (~31%) were higher in Old ( p < 0.001). Conclusion Lean and healthy old men do not manifest AR as evidenced by potent increases in MPS and mTORC1 signalling following EAA intake and exercise. Maintained anabolic sensitivity with age appears to be a function of a compensatory increase in basal levels of proteins involved in anabolic signalling. Therefore, our results suggest that age per se does not appear to cause AR in human skeletal muscle.