Nature Communications 4: Article number: 2434 (2013); Published: 10 September 2013; Updated: 4 December 2013 The original version of this Article contained an error in the spelling of the author Philip Ruzycki, which was incorrectly given as Philip Ruzicky. This has now been corrected in both the PDF and HTML versions of the Article.

Aicardi-Goutieres syndrome is a genetically determined encephalopathy that is associated with an increased production of interferon alpha, which in turn is central to the pathogenesis of systemic lupus erythematosus. Yanick Crow and colleagues now identify homozygous mutations in an interferon-inducible nuclear gene encoding SAMHD1 in AGS-affected individuals across several pedigrees and characterize its function in modulating an innate immune response. Aicardi-Goutières syndrome is a mendelian mimic of congenital infection and also shows overlap with systemic lupus erythematosus at both a clinical and biochemical level. The recent identification of mutations in TREX1 and genes encoding the RNASEH2 complex and studies of the function of TREX1 in DNA metabolism have defined a previously unknown mechanism for the initiation of autoimmunity by interferon-stimulatory nucleic acid. Here we describe mutations in SAMHD1 as the cause of AGS at the AGS5 locus and present data to show that SAMHD1 may act as a negative regulator of the cell-intrinsic antiviral response.

The endothelial lining of blood vessels is constantly exposed to fluid mechanical forces generated by flowing blood. In vitro application of fluid shear stresses to cultured endothelial cells influences the expression of multiple genes, as reflected by changes in their steady-state mRNA levels. We have utilized the B chain of platelet-derived growth factor (PDGF-B) as a model to investigate the mechanisms of shear-stress-induced gene regulation in cultured bovine aortic endothelial cells (BAECs). Northern blot analysis revealed elevated endogenous PDGF-B transcript levels in BAECs, after exposure to a physiological level of laminar shear stress (10 dynes/cm2; 1 dyne = 100 mN) for 4 h. A transfected reporter gene, consisting of a 1.3-kb fragment of the human PDGF-B promoter coupled to chloramphenicol acetyltransferase (CAT), indicated a direct effect on transcriptional activity. Transfection of a series of PDGF-B-CAT deletion mutants led to the characterization of a cis-acting component within the PDGF-B promoter that was necessary for shear-stress responsiveness. In gel-shift assays, overlapping oligonucleotide probes of this region formed several protein-DNA complexes with nuclear extracts prepared from both static and shear-stressed BAECs. A 12-bp component (CTCTCAGAGACC) was identified that formed a distinct pattern of complexes with nuclear proteins extracted from shear-stressed BAECs. This shear-stress-responsive element does not encode binding sites for any known transcription factor but does contain a core binding sequence (GAGACC), as defined by deletion mutation in gel-shift assays. Interestingly, this putative transcription factor binding site is also present in the promoters of certain other endothelial genes, including tissue plasminogen activator, intercellular adhesion molecule 1, and transforming growth factor beta 1, that also are induced by shear stress. Thus, the expression of PDGF-B and other pathophysiologically relevant genes in vascular endothelium appears to be regulated, in part, by shear-stress-induced transcription factors interacting with a common promoter element.

Human factor VIII--von Willebrand factor (vWF) is a large, multimeric glycoprotein that plays a central role in the blood coagulation system, serving both as a carrier for factor VIIIC (antihemophilic factor) and as a major mediator of platelet-vessel wall interaction. Diminished or abnormal vWF activity results in von Willebrand's disease (vWD), a common and complex hereditary bleeding disorder. Overlapping vWF cDNA clones that span 8.2 kilobases of the vWF messenger RNA have been obtained. vWF accounts for approximately 0.3 percent of endothelial cell messenger RNA and was undetectable in several other tissues examined. A large single copy gene for vWF is located on the short arm of chromosome 12 (12p12----12pter). No gross gene rearrangement or deletion was detected in the DNA of two patients with severe vWD.

Platelet-derived growth factors (PDGFs) are growth-regulatory molecules that stimulate chemotaxis, proliferation, and increased metabolism of primarily connective tissue cells. In a survey of normal tissues, we found specific immunostaining for PDGF B-chain in neurons, principal dendrites, some axons, and probable terminals throughout the brain, in the dorsal horn of the spinal cord, and in the posterior pituitary of a nonhuman primate (Macaca nemestrina). PDGF activity was extracted from brain cortex and posterior pituitary, and ubiquitous expression of transcripts for the two chains of PDGF and both PDGF receptors was detected throughout the brain and posterior pituitary. A transgenic model was also evaluated in which the chioramphenicol acetyltransferase gene was placed under transcriptional control of the PDGF B-chain promoter. The transgene was preferentially expressed within neural cell bodies in the cortex, hippocampus, and cerebellum. PDGF may act as a neuronal regulatory agent. Neuronal release of PDGF could contribute to nerve regeneration and to glial proliferation that leads to gliosis and scarring.

Aicardi-Goutieres syndrome (AGS) is a genetic encephalopathy whose clinical features mimic those of acquired in utero viral infection. AGS exhibits locus heterogeneity, with mutations identified in genes encoding the 3'-->5' exonuclease TREX1 and the three subunits of the RNASEH2 endonuclease complex. To define the molecular spectrum of AGS, we performed mutation screening in patients, from 127 pedigrees, with a clinical diagnosis of the disease. Biallelic mutations in TREX1, RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were observed in 31, 3, 47, and 18 families, respectively. In five families, we identified an RNASEH2A or RNASEH2B mutation on one allele only. In one child, the disease occurred because of a de novo heterozygous TREX1 mutation. In 22 families, no mutations were found. Null mutations were common in TREX1, although a specific missense mutation was observed frequently in patients from northern Europe. Almost all mutations in RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were missense. We identified an RNASEH2C founder mutation in 13 Pakistani families. We also collected clinical data from 123 mutation-positive patients. Two clinical presentations could be delineated: an early-onset neonatal form, highly reminiscent of congenital infection seen particularly with TREX1 mutations, and a later-onset presentation, sometimes occurring after several months of normal development and occasionally associated with remarkably preserved neurological function, most frequently due to RNASEH2B mutations. Mortality was correlated with genotype; 34.3% of patients with TREX1, RNASEH2A, and RNASEH2C mutations versus 8.0% RNASEH2B mutation-positive patients were known to have died (P=.001). Our analysis defines the phenotypic spectrum of AGS and suggests a coherent mutation-screening strategy in this heterogeneous disorder. Additionally, our data indicate that at least one further AGS-causing gene remains to be identified.

Michael Duchen, Francesco Muntoni, Eamonn Sheridan and colleagues show that loss-of-function mutations in MICU1 cause a recessive disorder characterized by proximal myopathy, learning difficulties and progressive extrapyramidal motor deficits. The mutations alter mitochondrial calcium homeostasis, leading to mitochondrial damage and dysfunction. Mitochondrial Ca2+ uptake has key roles in cell life and death. Physiological Ca2+ signaling regulates aerobic metabolism, whereas pathological Ca2+ overload triggers cell death. Mitochondrial Ca2+ uptake is mediated by the Ca2+ uniporter complex in the inner mitochondrial membrane1,2, which comprises MCU, a Ca2+-selective ion channel, and its regulator, MICU1. Here we report mutations of MICU1 in individuals with a disease phenotype characterized by proximal myopathy, learning difficulties and a progressive extrapyramidal movement disorder. In fibroblasts from subjects with MICU1 mutations, agonist-induced mitochondrial Ca2+ uptake at low cytosolic Ca2+ concentrations was increased, and cytosolic Ca2+ signals were reduced. Although resting mitochondrial membrane potential was unchanged in MICU1-deficient cells, the mitochondrial network was severely fragmented. Whereas the pathophysiology of muscular dystrophy3 and the core myopathies4 involves abnormal mitochondrial Ca2+ handling, the phenotype associated with MICU1 deficiency is caused by a primary defect in mitochondrial Ca2+ signaling, demonstrating the crucial role of mitochondrial Ca2+ uptake in humans.