Mutations in the gene encoding mitochondrial DNA polymerase gamma (POLG), the enzyme that synthesises mitochondrial DNA (mtDNA), have been associated with a mitochondrial disease-autosomal dominant or recessive progressive external ophthalmoplegia-and multiple deletions of mtDNA. Mitochondrial dysfunction is also suspected to participate in the pathogenesis of Parkinson's disease. However, no primary gene defects affecting mitochondrial proteins causing mendelian transmission of parkinsonism have been characterised. We aimed to analyse the gene sequence of POLG in patients with progressive external ophthalmoplegia and their healthy relatives.In seven families of various ethnic origins we assessed patients with progressive external ophthalmoplegia and unaffected individuals by clinical, biochemical, morphological, and molecular genetic characterisation and positron emission tomography (PET).We recorded mutations in POLG in members of all seven families. Clinical assessment showed significant cosegregation of parkinsonism with POLG mutations (p<0.0001), and PET findings were consistent with dopaminergic neuron loss. Post-mortem examination in two individuals showed loss of pigmented neurons and pigment phagocytosis in substantia nigra without Lewy bodies. Furthermore, most women with progressive external ophthalmoplegia had early menopause-before age 35 years. The POLG gene defect resulted in secondary accumulation of mtDNA deletions in patients' tissues.Dysfunction of mitochondrial POLG causes a severe progressive multisystem disorder including parkinsonism and premature menopause, which are not typical of mitochondrial disease. Cosegregation of parkinsonism and POLG mutations in our families suggests that when defective, this gene can underlie mendelian transmission of parkinsonism.Awareness that mitochondrial POLG mutations can underlie parkinsonism is important for clinicians working in diagnosis of movement disorders, as well as for studies of the genetics of Parkinson's disease. Further, progressive external ophthalmoplegia with muscle weakness and neuropathy can mask symptoms of parkinsonism, and clinicians should pay special attention to detect and treat parkinsonism in those individuals.

Multiple acyl-CoA dehydrogenation deficiency (MADD) is a disorder of fatty acid, amino acid and choline metabolism that can result from defects in two flavoproteins, electron transfer flavoprotein (ETF) or ETF: ubiquinone oxidoreductase (ETF:QO). Some patients respond to pharmacological doses of riboflavin. It is unknown whether these patients have defects in the flavoproteins themselves or defects in the formation of the cofactor, FAD, from riboflavin. We report 15 patients from 11 pedigrees. All the index cases presented with encephalopathy or muscle weakness or a combination of these symptoms; several had previously suffered cyclical vomiting. Urine organic acid and plasma acyl-carnitine profiles indicated MADD. Clinical and biochemical parameters were either totally or partly corrected after riboflavin treatment. All patients had mutations in the gene for ETF:QO. In one patient, we show that the ETF:QO mutations are associated with a riboflavin-sensitive impairment of ETF:QO activity. This patient also had partial deficiencies of flavin-dependent acyl-CoA dehydrogenases and respiratory chain complexes, most of which were restored to control levels after riboflavin treatment. Low activities of mitochondrial flavoproteins or respiratory chain complexes have been reported previously in two of our patients with ETF:QO mutations. We postulate that riboflavin-responsive MADD may result from defects of ETF:QO combined with general mitochondrial dysfunction. This is the largest collection of riboflavin-responsive MADD patients ever reported, and the first demonstration of the molecular genetic basis for the disorder.

Lipid storage myopathies are considered inborn errors of metabolism affecting the fatty acid metabolism and leading to accumulation of lipid droplets in the cytoplasm of muscle fibers. Specific diagnosis is based on investigation of organic aids in urine, acylcarnitines in blood and genetic testing. An acquired lipid storage myopathy in patients treated with the antidepressant drug sertraline, a serotonin reuptake inhibitor, has recently emerged as a new tentative differential diagnosis. We analyzed the muscle biopsy tissue in a group of 11 adult patients with muscle weakness and lipid storage myopathy which developed at a time when they were on sertraline treatment. This group comprise most patients with lipid storage myopathies in western Sweden during the recent nine-year period. By enzyme histochemistry, electron microscopy, quantitative proteomics, immunofluorescence of the respiratory chain subunits, western blot and genetic analyses we demonstrate that muscle tissue in this group of patients exhibit a characteristic morphological and proteomic profile. The patients also showed an acylcarnitine profile in blood suggestive of multiple acyl-coenzyme A dehydrogenase deficiency, but no genetic explanation was found by whole genome or exome sequencing. By proteomic analysis the muscle tissue revealed a profound loss of Complex I subunits from the respiratory chain and to some extent also deficiency of Complex II and IV. Most other components of the respiratory chain as well as the fatty acid oxidation and citric acid cycle were upregulated in accordance with the massive mitochondrial proliferation. The respiratory chain deficiency was verified by immunofluorescence analysis, western blot analysis and enzyme histochemistry. The typical ultrastructural changes of the mitochondria included pleomorphism, dark matrix and frequent round osmiophilic inclusions. Our results show that lipid storage myopathy associated with sertraline treatment is a mitochondrial disorder with respiratory chain deficiency and is an important differential diagnosis with characteristic features.

Abstract Myosin heavy chains encoded by MYH7 and MYH2 are among the most abundant proteins in human skeletal muscle. After decades of intense research using a wide range of biophysical and biological approaches, their functions have begun to be elucidated. Despite this, it remains unclear how mutations in these genes and resultant proteins disrupt myosin structure and function, inducing pathological states and skeletal myopathies termed myosinopathies. Here, we have analysed the effects of several common MYH7 and MYH2 mutations located in light meromyosin (LMM) using a broad range of approaches. We determined the secondary structure and filament forming capabilities of expressed and purified LMM constructs in vitro, performed in-silico modelling of LMM constructs, and evaluated the incorporation of eGFP-myosin heavy chain constructs into sarcomeres in cultured myotubes. Using muscle biopsies from patients, we applied Mant-ATP chase protocols to estimate the proportion of myosin heads that were super-relaxed, X-ray diffraction measurements to estimate myosin head order and myofibre mechanics to investigate contractile function. We found that human MYH7 and MYH2 LMM mutations commonly disrupt myosin coiled-coil structure and packing of filaments in vitro ; decrease the myosin super-relaxed state in vivo and increase the basal myosin ATP consumption; but are not associated with myofibre contractile deficits. Altogether, these findings indicate that the structural remodelling resulting from LMM mutations induces a pathogenic state in which formation of shutdown heads is impaired, thus increasing myosin head ATP demand in the filaments, rather than affecting contractility. These key findings will help in the design of future therapies for myosinopathies.

Abstract Amyloid precursor protein (APP) is ubiquitously expressed in human, mice and in zebrafish. In zebrafish, there are two orthologues, Appa and Appb. Interestingly, some cellular processes associated with APP overlap with cilia-mediated functions. Whereas the localization of APP to primary cilia of in vitro -cultured cells has been reported, we addressed the presence of APP in motile and in non-motile sensory cilia and its potential implication for ciliogenesis using zebrafish, mouse, and human samples. We report that Appa and Appb are expressed by ciliated cells and become localized at the membrane of cilia in the olfactory epithelium, otic vesicle and in the brain ventricles of zebrafish embryos. App in ependymal cilia persisted in adult zebrafish and was also detected in mouse and human brain. Finally, we found morphologically abnormal ependymal cilia and smaller brain ventricles in appa -/- appb -/- mutant zebrafish. Our findings demonstrate an evolutionary conserved localisation of APP to cilia and suggest a role of App in ciliogenesis and cilia-related functions.