ABSTRACT Mutations in the superoxide dismutase 1 ( SOD1 ) gene are the second most common known cause of ALS. SOD1 variants express high phenotypic variability and over 200 have been reported in people with ALS. Investigating how different SOD1 variants affect the protein dynamics might help in understanding their pathogenic mechanism and explaining their heterogeneous clinical presentation. It was previously proposed that variants can be broadly classified in two groups, ‘wild-type like’ (WTL) and ‘metal binding region’ (MBR) variants, based on their structural location and biophysical properties. MBR variants are associated with a loss of SOD1 enzymatic activity. In this study we used molecular dynamics and large clinical datasets to characterise the differences in the structural and dynamic behaviour of WTL and MBR variants with respect to the wild-type SOD1, and how such differences influence the ALS clinical phenotype. Our study identified marked structural differences, some of which are observed in both variant groups, while others are group specific. Moreover, applying graph theory to a network representation of the proteins, we identified differences in the intramolecular contacts of the two classes of variants. Finally, collecting clinical data of approximately 500 SOD1 ALS patients carrying variants from both classes, we showed that the survival time of patients carrying an MBR variant is generally longer (~6 years median difference, p < 0.001) with respect to patients with a WTL variant. In conclusion, our study highlights key differences in the dynamic behaviour of the WTL and MBR SOD1 variants, and wild-type SOD1 at an atomic and molecular level. We identified interesting structural features that could be further investigated to explain the associated phenotypic variability. Our results support the hypothesis of a decoupling between mechanisms of onset and progression of SOD1 ALS, and an involvement of loss-of-function of SOD1 with the disease progression.

ABSTRACT APOGEE 2 is a mitochondrially-centered ensemble method designed to improve the accuracy of pathogenicity predictions for interpreting missense mitochondrial variants. Built on the joint consensus recommendations by the American College of Medical Genetics and Genomics/Association for Molecular Pathology (ACMG/AMP), APOGEE 2 features an improved machine learning method and a curated training set for enhanced performance metrics. It offers region-wise assessments of genome fragility and mechanistic analyses of specific amino acids that cause perceptible long-range effects on protein structure. With clinical and research use in mind, APOGEE 2 scores and pathogenicity probabilities are precompiled and available in MitImpact. APOGEE 2’s ability to address challenges in interpreting mitochondrial missense variants makes it an essential tool in the field of mitochondrial genetics.

In living organisms, biological clocks regulate 24 h (circadian) molecular, physiological, and behavioral rhythms to maintain homeostasis and synchrony with predictable environmental changes. Harmonics of these circadian rhythms having periods of 8 hours and 12 hours (ultradian) have been documented in several species. In mouse liver, harmonics of the 24-hour period of gene transcription hallmarked genes oscillating with a frequency two or three times faster than the circadian circuitry. Many of these harmonic transcripts enriched pathways regulating responses to environmental stress and coinciding preferentially with subjective dawn and dusk. We hypothesized that these stress anticipatory genes would be more evolutionarily conserved than background circadian and non-circadian genes. To investigate this issue, we performed broad computational analyses of genes/proteins oscillating at different frequency ranges across several species and showed that ultradian genes/proteins, especially those oscillating with a 12-hour periodicity, are more likely to be of ancient origin and essential in mice. In summary, our results show that genes with ultradian transcriptional patterns are more likely to be phylogenetically conserved and associated with the primeval and inevitable dawn/dusk transitions.

Abstract The process of aging is a complex phenomenon that involves a progressive decline in physiological functions required for survival and fertility. To better understand the mechanisms underlying this process, the scientific community has utilized several tools. Among them, mitochondrial DNA has emerged as a crucial factor in biological aging, given that mitochondrial dysfunction is thought to significantly contribute to this phenomenon. Additionally, Drosophila melanogaster has proven to be a valuable model organism for studying aging due to its low cost, capacity to generate large populations, and ease of genetic manipulation and tissue dissection. Moreover, graph theory has been employed to understand the dynamic changes in gene expression patterns associated with aging and to investigate the interactions between aging and aging-related diseases. In this study, we have integrated these approaches to examine the patterns of gene co-expression in Drosophila melanogaster at various stages of development. By applying graph-theory techniques, we have identified modules of co-expressing genes, highlighting those that contain a significantly high number of mitochondrial genes. We found important mitochondrial genes involved in aging and age-related diseases in Drosophila melanogaster , including UQCR-C1, ND-B17.2, ND-20, and Pdhb. Our findings shed light on the role of mitochondrial genes in the aging process and demonstrate the utility of Drosophila melanogaster as a model organism and graph theory in aging research.