Mitochondria deserve special attention as sensors of cellular energy homeostasis and metabolic state. Moreover, mitochondria integrate intra- and extra-cellular signals to determine appropriate cellular responses that range from proliferation to cell death. In autoimmunity, as in other inflammatory chronic disorders, the metabolism of immune cells may be extensively remodeled, perturbing sensitive tolerogenic mechanisms. Here, we examine the distribution and effects of the therapeutic 21-mer peptide called P140, which shows remarkable efficacy in modulating immune responses in inflammatory settings. We measured P140 and control peptide effects on isolated mitochondria, the distribution of peptides in live cells, and their influence on the levels of key autophagy regulators. Our data indicate that while P140 targets macro- and chaperone-mediated autophagy processes, it has little effect, if any, on mitochondria autophagy. Remarkably, however, it suppresses NET release from neutrophils exposed to immobilized NET-anti-DNA IgG complexes. In conjunction, our results suggest that in the mitochondrion-lysosome axis a likely driver of NETosis and inflammation, the P140 peptide does not operate by affecting mitochondria directly.

Abstract Although next-generation sequencing technologies have accelerated the discovery of novel gene-to-disease associations, many patients with suspected Mendelian diseases still leave the clinic without a genetic diagnosis. An estimated one third of these patients will have disorders caused by mutations impacting splicing. RNA-sequencing has been shown to be a promising diagnostic tool, however few methods have been developed to integrate RNA-sequencing data into the diagnostic pipeline. Here, we introduce dasper , an R/Bioconductor package that improves upon existing tools for detecting aberrant splicing by using machine learning to incorporate disruptions in exon-exon junction counts as well as coverage. dasper is designed for diagnostics, providing a rank-based report of how aberrant each splicing event looks, as well as including visualization functionality to facilitate interpretation. We validate dasper using 16 patient-derived fibroblast cell lines harbouring pathogenic variants known to impact splicing. We find that dasper is able to detect pathogenic splicing events with greater accuracy than existing LeafCutterMD or z-score approaches. Furthermore, by only applying a broad OMIM gene filter (without any variant-level filters), dasper is able to detect pathogenic splicing events within the top 10 most aberrant identified for each patient. Since using publicly available control data minimises costs associated with incorporating RNA-sequencing into diagnostic pipelines, we also investigate the use of 504 GTEx fibroblast samples as controls. We find that dasper leverages publicly available data effectively, ranking pathogenic splicing events in the top 25. Thus, we believe dasper can increase diagnostic yield for a pathogenic splicing variants and enable the efficient implementation of RNA-sequencing for diagnostics in clinical laboratories.

Abstract Mitochondrial stress triggers a response in the cell’s mitochondria and nucleus, but how these stress responses are coordinated in vivo is poorly understood. Here, we characterize a family with myopathy caused by a dominant p.G58R mutation in the mitochondrial protein CHCHD10. To understand the disease etiology, we developed a novel knock-in mouse model and found that mutant CHCHD10 aggregates in affected tissues, applying a toxic protein stress to the inner mitochondrial membrane. Unexpectedly, survival of CHCHD10 knock-in mice depended on a protective stress response mediated by OMA1. The OMA1 stress response acted both locally within mitochondria, inhibiting mitochondrial fusion, and signaled outside the mitochondria, activating the integrated stress response. We additionally identified an isoform switch in the terminal complex of the electron transport chain as a novel component of this response. Our results demonstrate that OMA1 is essential for neonatal survival conditionally in the setting of inner mitochondrial membrane stress, coordinating local and global stress responses to reshape the mitochondrial network and proteome. Graphical Abtract

Abstract Based on several lines of evidence, numerous investigators have suggested that paracetamol exposure during early development can induce neurological disorders. We had previously postulated that paracetamol exposure early in life, if combined with antioxidants that prevent accumulation of NAPQI, the toxic metabolite of paracetamol, might be innocuous. In this study, we administered paracetamol at or below the currently recommended therapeutic dose to male laboratory rat pups aged 4-10 days. The antioxidants cysteine and mannitol were included to prevent accumulation of NAPQI. In addition, animals were exposed to a cassette of common stress factors: an inflammatory diet, psychological stress, antibiotics, and mock infections using killed bacteria. At age 37-49 days, observation during introduction to a novel conspecific revealed increased rearing behavior, an asocial behavior, in animals treated with paracetamol plus antioxidants, regardless of their exposure to oxidative stress factors (2-way ANOVA; P < 0.0001). This observation would suggest that the initial hypothesis is incorrect, and that oxidative stress mediators do not entirely eliminate the effects of paracetamol on neurodevelopment. This study provides additional cause for caution when considering the use of paracetamol in the pediatric population, and provides evidence that the effects of paracetamol on neurodevelopment need to be considered both in the presence and in the absence of oxidative stress.

Abstract Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease. Selective vulnerability of energy-intensive motor neurons (MNs) has fostered speculation that mitochondrial function is a determinant of ALS. Previously, the position of mitochondrial function in the pathogenic cascade leading to neurotoxicity has been unclear. We separated upstream genetic determinants of mitochondrial function, including genetic variation within the mitochondrial genome or autosomes; from downstream changeable factors including mitochondrial copy number (mtCN) and MN gene expression. We discovered that functionally validated mitochondrial haplotypes are a determinant of ALS survival but not ALS risk. Loss-of-function genetic variants within, and reduced MN expression of, ACADM and DNA2 lead to shorter ALS survival; both genes impact mitochondrial function. MtCN responds dynamically to the onset of ALS independent of mitochondrial haplotype, and is also significantly correlated with disease severity. We conclude that mitochondrial function impacts ALS progression but not risk; our findings have therapeutic implications.

Centrosomes play a critical role in mitotic spindle assembly through their role in microtubule nucleation and bipolar spindle assembly. Loss of centrosomes can impair the ability of some cells to properly conduct mitotic division, leading to chromosomal instability, cell stress, and aneuploidy. Multiple aspects of the cellular response to mitotic error associated with centrosome loss appears to involve activation of JNK signaling. To further characterize the transcriptional effects of centrosome loss, we compared gene expression profiles of wildtype and acentrosomal cells from Drosophila wing imaginal discs. We found elevation of expression of JNK target genes, which we verified at the protein level. Consistent with this, the upregulated gene set showed significant enrichment for the AP1 consensus DNA binding sequence. We also found significant elevation in expression of genes regulating redox balance. Based on those findings, we examined oxidative stress after centrosome loss, revealing that acentrosomal wing cells have significant increases in reactive oxygen species (ROS). We then performed a candidate genetic screen and found that one of the genes upregulated in acentrosomal cells, G6PD, plays an important role in buffering acentrosomal cells against increased ROS and helps protect those cells from cell death. Our data and other recent studies have revealed a complex network of signaling pathways, transcriptional programs, and cellular processes that epithelial cells use to respond to stressors like mitotic errors to help limit cell damage and maintain normal tissue development.

Abstract Acetyl-DL-leucine (ADLL) is a derivative of the branched chain amino acid leucine. In observational clinical studies ADLL improved symptoms of ataxia, in particular in patients with the lysosomal storage disorder (LSD), Niemann-Pick disease type C 1 (NPC1). Here, we investigated ADLL and its enantiomers acetyl-L-leucine (ALL) and acetyl-D-leucine (ADL) in symptomatic Npc1 -/- mice and observed an improvement in ataxia with both enantiomers and ADLL. When ADLL and ALL were administered pre-symptomatically to Npc1 -/- mice, both treatments delayed disease progression and extended life span, whereas ADL did not. These data are consistent with ALL being the neuroprotective enantiomer. Altered glucose and antioxidant metabolism were found to be implicated as one of the potential mechanisms of action of the L enantiomer in Npc1 -/- mice. When miglustat and ADLL were used in combination significant synergy resulted. In agreement with these pre-clinical data, when NPC1 patients were evaluated after 12 months of ADLL treatment, rates of disease progression were slowed, with stabilisation or improvement in multiple neurological domains. A beneficial effect of ADLL on gait was also observed in this study in a mouse model of GM2 gangliosidosis (Sandhoff disease) and in Tay-Sachs and Sandhoff disease patients in individual-cases of off-label-use. Taken together, we have identified an unanticipated neuroprotective effect of acetyl-L-leucine and underlying mechanisms of action in LSDs, supporting its further evaluation in clinical trials in lysosomal disorders.

SUMMARY The kidneys generate about 180 liters of primary urine per day by filtration of plasma. An essential part of the filtration barrier is the slit diaphragm, a multiprotein complex containing nephrin as major component. Filter dysfunction typically manifests with proteinuria and mutations in endocytosis regulating genes were discovered as causes of proteinuria. However, it is unclear how endocytosis regulates the slit diaphragm and how the filtration barrier is maintained without either protein leakage or filter clogging. Here we study nephrin dynamics in podocyte-like nephrocytes of Drosophila and show that selective endocytosis either by dynamin- or flotillin-mediated pathways regulates a stable yet highly dynamic architecture. Short-term manipulation of endocytic functions indicates that dynamin-mediated endocytosis of ectopic nephrin restricts slit diaphragm formation spatially while flotillin-mediated turnover of nephrin within the slit diaphragm is needed to maintain filter permeability by shedding of molecules bound to nephrin in endosomes. Since slit diaphragms cannot be studied in vitro and are poorly accessible in mouse models, this is the first analysis of their dynamics within the slit diaphragm multiprotein complex. Identification of the mechanisms of slit diaphragm maintenance will help to develop novel therapies for proteinuric renal diseases that are frequently limited to symptomatic treatment.

Individuals with severe, undiagnosed developmental disorders (DDs) are enriched for damaging de novo mutations (DNMs) in developmentally important genes. We exome sequenced 4,293 families with individuals with DDs, and meta-analysed these data with published data on 3,287 individuals with similar disorders. We show that the most significant factors influencing the diagnostic yield of de novo mutations are the sex of the affected individual, the relatedness of their parents and the age of both father and mother. We identified 94 genes enriched for damaging de novo mutation at genome-wide significance (P < 7 x 10-7), including 14 genes for which compelling data for causation was previously lacking. We have characterised the phenotypic diversity among these genetic disorders. We demonstrate that, at current cost differentials, exome sequencing has much greater power than genome sequencing for novel gene discovery in genetically heterogeneous disorders. We estimate that 42% of our cohort carry pathogenic DNMs (single nucleotide variants and indels) in coding sequences, with approximately half operating by a loss-of-function mechanism, and the remainder resulting in altered-function (e.g. activating, dominant negative). We established that most haplo insufficient developmental disorders have already been identified, but that many altered-function disorders remain to be discovered. Extrapolating from the DDD cohort to the general population, we estimate that developmental disorders caused by DNMs have an average birth prevalence of 1 in 213 to 1 in 448 (0.22-0.47% of live births), depending on parental age.