Contractile myocytes provide a test of the hypothesis that cells sense their mechanical as well as molecular microenvironment, altering expression, organization, and/or morphology accordingly. Here, myoblasts were cultured on collagen strips attached to glass or polymer gels of varied elasticity. Subsequent fusion into myotubes occurs independent of substrate flexibility. However, myosin/actin striations emerge later only on gels with stiffness typical of normal muscle (passive Young's modulus, E ∼12 kPa). On glass and much softer or stiffer gels, including gels emulating stiff dystrophic muscle, cells do not striate. In addition, myotubes grown on top of a compliant bottom layer of glass-attached myotubes (but not softer fibroblasts) will striate, whereas the bottom cells will only assemble stress fibers and vinculin-rich adhesions. Unlike sarcomere formation, adhesion strength increases monotonically versus substrate stiffness with strongest adhesion on glass. These findings have major implications for in vivo introduction of stem cells into diseased or damaged striated muscle of altered mechanical composition.

Transcriptome sequencing improves the diagnostic rate for Mendelian disease in patients for whom genetic analysis has not returned a diagnosis.

Severe childhood autosomal recessive muscular dystrophy (SCARMD) is a progressive muscle-wasting disorder common in North Africa that segregates with microsatellite markers at chromosome 13q12. Here, it is shown that a mutation in the gene encoding the 35-kilodalton dystrophin-associated glycoprotein, γ-sarcoglycan, is likely to be the primary genetic defect in this disorder. The human γ-sarcoglycan gene was mapped to chromosome 13q12, and deletions that alter its reading frame were identified in three families and one of four sporadic cases of SCARMD. These mutations not only affect γ-sarcoglycan but also disrupt the integrity of the entire sarcoglycan complex.

Mosaic aneuploidy and uniparental disomy (UPD) arise from mitotic or meiotic events. There are differences between these mechanisms in terms of (i) impact on embryonic development; (ii) co-occurrence of mosaic trisomy and UPD and (iii) potential recurrence risks. We used a genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) array to study patients with chromosome aneuploidy mosaicism, UPD and one individual with XX/XY chimerism to gain insight into the developmental mechanism and timing of these events. Sixteen cases of mosaic aneuploidy originated mitotically, and these included four rare trisomies and all of the monosomies, consistent with the influence of selective factors. Five trisomies arose meiotically, and three of the five had UPD in the disomic cells, confirming increased risk for UPD in the case of meiotic non-disjunction. Evidence for the meiotic origin of aneuploidy and UPD was seen in the patterns of recombination visible during analysis with 1–3 crossovers per chromosome. The mechanisms of formation of the UPD included trisomy rescue, with and without concomitant trisomy, monosomy rescue, and mitotic formation of a mosaic segmental UPD. UPD was also identified in an XX/XY chimeric individual, with one cell line having complete maternal UPD consistent with a parthenogenetic origin. Utilization of SNP arrays allows simultaneous evaluation of genomic alterations and insights into aneuploidy and UPD mechanisms. Differentiation of mitotic and meiotic origins for aneuploidy and UPD supports existence of selective factors against full trisomy of some chromosomes in the early embryo and provides data for estimation of recurrence and disease mechanisms.

The senses of touch and proprioception evoke a range of perceptions and rely on the ability to detect and transduce mechanical force. The molecular and neural mechanisms underlying these sensory functions remain poorly defined. The stretch-gated ion channel PIEZO2 has been shown to be essential for aspects of mechanosensation in model organisms.We performed whole-exome sequencing analysis in two patients who had unique neuromuscular and skeletal symptoms, including progressive scoliosis, that did not conform to standard diagnostic classification. In vitro and messenger RNA assays, functional brain imaging, and psychophysical and kinematic tests were used to establish the effect of the genetic variants on protein function and somatosensation.Each patient carried compound-inactivating variants in PIEZO2, and each had a selective loss of discriminative touch perception but nevertheless responded to specific types of gentle mechanical stimulation on hairy skin. The patients had profoundly decreased proprioception leading to ataxia and dysmetria that were markedly worse in the absence of visual cues. However, they had the ability to perform a range of tasks, such as walking, talking, and writing, that are considered to rely heavily on proprioception.Our results show that PIEZO2 is a determinant of mechanosensation in humans. (Funded by the National Institutes of Health Intramural Research Program.).

Congenital muscular dystrophies (CMDs) are early onset disorders of muscle with histological features suggesting a dystrophic process. The congenital muscular dystrophies as a group encompass great clinical and genetic heterogeneity so that achieving an accurate genetic diagnosis has become increasingly challenging, even in the age of next generation sequencing. In this document we review the diagnostic features, differential diagnostic considerations and available diagnostic tools for the various CMD subtypes and provide a systematic guide to the use of these resources for achieving an accurate molecular diagnosis. An International Committee on the Standard of Care for Congenital Muscular Dystrophies composed of experts on various aspects relevant to the CMDs performed a review of the available literature as well as of the unpublished expertise represented by the members of the committee and their contacts. This process was refined by two rounds of online surveys and followed by a three-day meeting at which the conclusions were presented and further refined. The combined consensus summarized in this document allows the physician to recognize the presence of a CMD in a child with weakness based on history, clinical examination, muscle biopsy results, and imaging. It will be helpful in suspecting a specific CMD subtype in order to prioritize testing to arrive at a final genetic diagnosis.

Tissue injury and inflammation markedly alter touch perception, making normally innocuous sensations become intensely painful. Although this sensory distortion, known as tactile allodynia, is one of the most common types of pain, the mechanism by which gentle mechanical stimulation becomes unpleasant remains enigmatic. The stretch-gated ion channel PIEZO2 has been shown to mediate light touch, vibration detection, and proprioception. However, the role of this ion channel in nociception and pain has not been resolved. Here, we examined the importance of Piezo2 in the cellular representation of mechanosensation using in vivo imaging in mice. Piezo2-knockout neurons were completely insensitive to gentle dynamic touch but still responded robustly to noxious pinch. During inflammation and after injury, Piezo2 remained essential for detection of gentle mechanical stimuli. We hypothesized that loss of PIEZO2 might eliminate tactile allodynia in humans. Our results show that individuals with loss-of-function mutations in PIEZO2 completely failed to develop sensitization and painful reactions to touch after skin inflammation. These findings provide insight into the basis for tactile allodynia, identify the PIEZO2 mechanoreceptor as an essential mediator of touch under inflammatory conditions, and suggest that this ion channel might be targeted for treating tactile allodynia.

Congenital muscular dystrophies with hypoglycosylation of α-dystroglycan (α-DG) are a heterogeneous group of disorders often associated with brain and eye defects in addition to muscular dystrophy. Causative variants in 14 genes thought to be involved in the glycosylation of α-DG have been identified thus far. Allelic mutations in these genes might also cause milder limb-girdle muscular dystrophy phenotypes. Using a combination of exome and Sanger sequencing in eight unrelated individuals, we present evidence that mutations in guanosine diphosphate mannose (GDP-mannose) pyrophosphorylase B (GMPPB) can result in muscular dystrophy variants with hypoglycosylated α-DG. GMPPB catalyzes the formation of GDP-mannose from GTP and mannose-1-phosphate. GDP-mannose is required for O-mannosylation of proteins, including α-DG, and it is the substrate of cytosolic mannosyltransferases. We found reduced α-DG glycosylation in the muscle biopsies of affected individuals and in available fibroblasts. Overexpression of wild-type GMPPB in fibroblasts from an affected individual partially restored glycosylation of α-DG. Whereas wild-type GMPPB localized to the cytoplasm, five of the identified missense mutations caused formation of aggregates in the cytoplasm or near membrane protrusions. Additionally, knockdown of the GMPPB ortholog in zebrafish caused structural muscle defects with decreased motility, eye abnormalities, and reduced glycosylation of α-DG. Together, these data indicate that GMPPB mutations are responsible for congenital and limb-girdle muscular dystrophies with hypoglycosylation of α-DG. Congenital muscular dystrophies with hypoglycosylation of α-dystroglycan (α-DG) are a heterogeneous group of disorders often associated with brain and eye defects in addition to muscular dystrophy. Causative variants in 14 genes thought to be involved in the glycosylation of α-DG have been identified thus far. Allelic mutations in these genes might also cause milder limb-girdle muscular dystrophy phenotypes. Using a combination of exome and Sanger sequencing in eight unrelated individuals, we present evidence that mutations in guanosine diphosphate mannose (GDP-mannose) pyrophosphorylase B (GMPPB) can result in muscular dystrophy variants with hypoglycosylated α-DG. GMPPB catalyzes the formation of GDP-mannose from GTP and mannose-1-phosphate. GDP-mannose is required for O-mannosylation of proteins, including α-DG, and it is the substrate of cytosolic mannosyltransferases. We found reduced α-DG glycosylation in the muscle biopsies of affected individuals and in available fibroblasts. Overexpression of wild-type GMPPB in fibroblasts from an affected individual partially restored glycosylation of α-DG. Whereas wild-type GMPPB localized to the cytoplasm, five of the identified missense mutations caused formation of aggregates in the cytoplasm or near membrane protrusions. Additionally, knockdown of the GMPPB ortholog in zebrafish caused structural muscle defects with decreased motility, eye abnormalities, and reduced glycosylation of α-DG. Together, these data indicate that GMPPB mutations are responsible for congenital and limb-girdle muscular dystrophies with hypoglycosylation of α-DG.

Nemaline myopathy (NM) is a genetic muscle disorder characterized by muscle dysfunction and electron-dense protein accumulations (nemaline bodies) in myofibers. Pathogenic mutations have been described in 9 genes to date, but the genetic basis remains unknown in many cases. Here, using an approach that combined whole-exome sequencing (WES) and Sanger sequencing, we identified homozygous or compound heterozygous variants in LMOD3 in 21 patients from 14 families with severe, usually lethal, NM. LMOD3 encodes leiomodin-3 (LMOD3), a 65-kDa protein expressed in skeletal and cardiac muscle. LMOD3 was expressed from early stages of muscle differentiation; localized to actin thin filaments, with enrichment near the pointed ends; and had strong actin filament-nucleating activity. Loss of LMOD3 in patient muscle resulted in shortening and disorganization of thin filaments. Knockdown of lmod3 in zebrafish replicated NM-associated functional and pathological phenotypes. Together, these findings indicate that mutations in the gene encoding LMOD3 underlie congenital myopathy and demonstrate that LMOD3 is essential for the organization of sarcomeric thin filaments in skeletal muscle.