Abstract Infantile Neuroaxonal Dystrophy (INAD) is caused by recessive variants in PLA2G6 and is a lethal pediatric neurodegenerative disorder. Loss of the Drosophila homolog of PLA2G6 , leads to ceramide accumulation, lysosome expansion, and mitochondrial defects. Here, we report that ceramide metabolism, the endolysosomal pathway, and mitochondrial morphology are affected in INAD patient-derived neurons. We show that in INAD mouse models the same features are affected and that glucosylceramides are elevated in dopaminergic neurons and Purkinje cells, arguing that the neuropathological mechanisms are evolutionary conserved and that ceramides can be used as biomarkers. We tested 20 drugs that target these pathways and found that Ambroxol, Desipramine, Azoramide, and Genistein alleviate neurodegenerative phenotypes in INAD flies and INAD patient-derived NPCs. We also develop an AAV-based gene therapy approach that delays neurodegeneration and prolongs lifespan in an INAD mouse model. One Sentence Summary Ceramide accumulation, lysosomal expansion and mitochondrial defects are a root cause of INAD/PARK14.

Treating monogenic neurodevelopmental disorders remains challenging and mostly symptomatic. X-linked disorders affecting women such as the postnatal neurodevelopmental disorder Rett syndrome caused by mutations in the gene MECP2 have additional challenges due to dosage sensitivity and to cellular mosaicism caused by random X-chromosome inactivation. An approach to augment MECP2 expression from wild-type cells in RTT may be feasible and simpler than gene replacement but has never been tested due to known toxicity of MECP2 over-expression, as evidenced by the distinct neurological condition known as MECP2 Duplication Syndrome. Here, using genetic techniques, we find that counter-balancing Mecp2-null cells in female Mecp2 -null/+ mice by a complementary population of cells harboring an X-linked transgene associated with 3X normal levels of MECP2 leads to normalization of multiple whole animal phenotypic outcomes without noticeable toxicity. In addition, in vivo LFP recordings demonstrate that counter-balancing Mecp2 loss-of-function improves select within-region and between-region abnormalities. By comparing the counter-balance approach with an approach based on cell autonomous restoration of MeCP2 using an autosomal transgene expressing 2X normal levels of MECP2 in all cells (mimicking gene replacement), we identify neurobehavioral and electrographic features best suited for preclinical biomarkers of a therapeutic response to cell autonomous versus non-cell autonomous correction. Notably, these proof-of-concept findings demonstrate how non-cell autonomous suppression of MeCP2 deficiency by boosting overall wild-type MeCP2 levels may be a viable disease-modifying therapy for RTT, with potential implications for genetic-based therapies of monogenic X-linked disorders.