Phenylalanine hydroxylase deficiency, traditionally known as phenylketonuria, results in the accumulation of phenylalanine in the blood of affected individuals and was the first inborn error of metabolism to be identified through population screening. Early identification and treatment prevent the most dramatic clinical sequelae of the disorder, but new neurodevelopmental and psychological problems have emerged in individuals treated from birth. The additional unanticipated recognition of a toxic effect of elevated maternal phenylalanine on fetal development has added to a general call in the field for treatment for life. Two major conferences sponsored by the National Institutes of Health held >10 years apart reviewed the state of knowledge in the field of phenylalanine hydroxylase deficiency, but there are no generally accepted recommendations for therapy. The purpose of this guideline is to review the strength of the medical literature relative to the treatment of phenylalanine hydroxylase deficiency and to develop recommendations for diagnosis and therapy of this disorder. Evidence review from the original National Institutes of Health consensus conference and a recent update by the Agency for Healthcare Research and Quality was used to address key questions in the diagnosis and treatment of phenylalanine hydroxylase deficiency by a working group established by the American College of Medical Genetics and Genomics. The group met by phone and in person over the course of a year to review these reports, develop recommendations, and identify key gaps in our knowledge of this disorder. Above all, treatment of phenylalanine hydroxylase deficiency must be life long, with a goal of maintaining blood phenylalanine in the range of 120–360 µmol/l. Treatment has predominantly been dietary manipulation, and use of low protein and phenylalanine medical foods is likely to remain a major component of therapy for the immediate future. Pharmacotherapy for phenylalanine hydroxylase deficiency is in early stages with one approved medication (sapropterin, a derivative of the natural cofactor of phenylalanine hydroxylase) and others under development. Eventually, treatment of phenylalanine hydroxylase deficiency will be individualized with multiple medications and alternative medical foods available to tailor therapy. The primary goal of therapy should be to lower blood phenylalanine, and any interventions, including medications, or combination of therapies that help to achieve that goal in an individual, without other negative consequences, should be considered appropriate therapy. Significant evidence gaps remain in our understanding of the optimum therapies for phenylalanine hydroxylase deficiency, nonphenylalanine effects of these therapies, and long-term sequelae of even well-treated disease in children and adults.

Despite significant heritability of autism spectrum disorders (ASDs), their extreme genetic heterogeneity has proven challenging for gene discovery. Studies of primarily simplex families have implicated de novo copy number changes and point mutations, but are not optimally designed to identify inherited risk alleles. We apply whole-exome sequencing (WES) to ASD families enriched for inherited causes due to consanguinity and find familial ASD associated with biallelic mutations in disease genes (AMT, PEX7, SYNE1, VPS13B, PAH, and POMGNT1). At least some of these genes show biallelic mutations in nonconsanguineous families as well. These mutations are often only partially disabling or present atypically, with patients lacking diagnostic features of the Mendelian disorders with which these genes are classically associated. Our study shows the utility of WES for identifying specific genetic conditions not clinically suspected and the importance of partial loss of gene function in ASDs.

The homodimeric transmembrane receptor natriuretic peptide receptor B (NPR-B [also known as guanylate cyclase B, GC-B, and GUC2B]; gene name NPR2) produces cytoplasmic cyclic GMP from GTP on binding its extracellular ligand, C-type natriuretic peptide (CNP). CNP has previously been implicated in the regulation of skeletal growth in transgenic and knockout mice. The autosomal recessive skeletal dysplasia known as “acromesomelic dysplasia, type Maroteaux” (AMDM) maps to an interval that contains NPR2. We sequenced DNA from 21 families affected by AMDM and found 4 nonsense mutations, 4 frameshift mutations, 2 splice-site mutations, and 11 missense mutations. Molecular modeling was used to examine the putative protein change brought about by each missense mutation. Three missense mutations were tested in a functional assay and were found to have markedly deficient guanylyl cyclase activity. We also found that obligate carriers of NPR2 mutations have heights that are below the mean for matched controls. We conclude that, although NPR-B is expressed in a number of tissues, its major role is in the regulation of skeletal growth. The homodimeric transmembrane receptor natriuretic peptide receptor B (NPR-B [also known as guanylate cyclase B, GC-B, and GUC2B]; gene name NPR2) produces cytoplasmic cyclic GMP from GTP on binding its extracellular ligand, C-type natriuretic peptide (CNP). CNP has previously been implicated in the regulation of skeletal growth in transgenic and knockout mice. The autosomal recessive skeletal dysplasia known as “acromesomelic dysplasia, type Maroteaux” (AMDM) maps to an interval that contains NPR2. We sequenced DNA from 21 families affected by AMDM and found 4 nonsense mutations, 4 frameshift mutations, 2 splice-site mutations, and 11 missense mutations. Molecular modeling was used to examine the putative protein change brought about by each missense mutation. Three missense mutations were tested in a functional assay and were found to have markedly deficient guanylyl cyclase activity. We also found that obligate carriers of NPR2 mutations have heights that are below the mean for matched controls. We conclude that, although NPR-B is expressed in a number of tissues, its major role is in the regulation of skeletal growth.

Somatic mutations in the phosphatidylinositol/AKT/mTOR pathway cause segmental overgrowth disorders. Diagnostic descriptors associated with PIK3CA mutations include fibroadipose overgrowth (FAO), Hemihyperplasia multiple Lipomatosis (HHML), Congenital Lipomatous Overgrowth, Vascular malformations, Epidermal nevi, Scoliosis/skeletal and spinal (CLOVES) syndrome, macrodactyly, and the megalencephaly syndrome, Megalencephaly‐Capillary malformation (MCAP) syndrome. We set out to refine the understanding of the clinical spectrum and natural history of these phenotypes, and now describe 35 patients with segmental overgrowth and somatic PIK3CA mutations. The phenotypic data show that these previously described disease entities have considerable overlap, and represent a spectrum. While this spectrum overlaps with Proteus syndrome (sporadic, mosaic, and progressive) it can be distinguished by the absence of cerebriform connective tissue nevi and a distinct natural history. Vascular malformations were found in 15/35 (43%) and epidermal nevi in 4/35 (11%) patients, lower than in Proteus syndrome. Unlike Proteus syndrome, 31/35 (89%) patients with PIK3CA mutations had congenital overgrowth, and in 35/35 patients this was asymmetric and disproportionate. Overgrowth was mild with little postnatal progression in most, while in others it was severe and progressive requiring multiple surgeries. Novel findings include: adipose dysregulation present in all patients, unilateral overgrowth that is predominantly left‐sided, overgrowth that affects the lower extremities more than the upper extremities and progresses in a distal to proximal pattern, and in the most severely affected patients is associated with marked paucity of adipose tissue in unaffected areas. While the current data are consistent with some genotype–phenotype correlation, this cannot yet be confirmed. © The Authors. American Journal of Medical Genetics Part A published by Wiley Periodicals, Inc.

Lipid exchange between the endoplasmic reticulum (ER) and peroxisomes is necessary for the synthesis and catabolism of lipids, the trafficking of cholesterol, and peroxisome biogenesis in mammalian cells. However, how lipids are exchanged between these two organelles is not understood. In this study, we report that the ER-resident VAMP-associated proteins A and B (VAPA and VAPB) interact with the peroxisomal membrane protein acyl-CoA binding domain containing 5 (ACBD5) and that this interaction is required to tether the two organelles together, thereby facilitating the lipid exchange between them. Depletion of either ACBD5 or VAP expression results in increased peroxisome mobility, suggesting that VAP-ACBD5 complex acts as the primary ER-peroxisome tether. We also demonstrate that tethering of peroxisomes to the ER is necessary for peroxisome growth, the synthesis of plasmalogen phospholipids, and the maintenance of cellular cholesterol levels. Collectively, our data highlight the importance of VAP-ACBD5-mediated contact between the ER and peroxisomes for organelle maintenance and lipid homeostasis.

Abstract Peroxisomal Biogenesis Disorders (PBDs) are a class of inherited metabolic disorders with profound neurological and other phenotypes. The most severe PBDs are caused by mutations in peroxin genes, which result in nonfunctional peroxisomes typically through impaired protein import. In order to better understand the molecular causes of Zellweger Spectrum Disease (ZSD) -the most severe PBDs -, we investigated the fate of peroxisomal mRNAs and proteins in ZSD model systems. We found that loss of peroxisomal import has no effect on peroxin mRNA expression or translational efficiency. Instead, peroxin proteins—still produced at high levels— aberrantly accumulate on the mitochondrial membrane, impairing respiration and ATP generation. Finally, we rescued mitochondrial function in fibroblasts derived from human patients with ZSD by overexpressing ATAD1, an AAA-ATPase that functions in mitochondrial quality control. These findings might provide a new focus of PBD therapies in supporting quality control pathways that protect mitochondrial function.

Abstract Peroxisome Biogenesis Disorders-Zellweger Spectrum (PBD-ZSD) are a heterogenous group of autosomal recessive disorders caused by defects in PEX genes whose proteins are required for peroxisome assembly and function. Peroxisomes are ubiquitous organelles that play a critical role in complex lipid metabolism. Dysfunctional peroxisomes in ZSD cause multisystem effects, with progressive retinal degeneration (RD) leading to childhood blindness being one of the most frequent clinical findings. Despite progress in understanding the role of peroxisomes in normal cellular functions, much remains unknown about how their deficiency causes RD, and there is no treatment. To study RD pathophysiology in this disease, we used the knock-in PEX1-p.GlyG844Asp (G844D) mouse model of milder ZSD, which represents the common human PEX1-p.Gly843Asp allele. We previously reported diminished retinal function, functional vision, and neural retina structural defects in this model. Beyond the neural retina, structural defects in retinal pigment epithelium (RPE) have been reported in ZSD patients and murine models with single peroxisome enzyme deficiency, suggesting that RPE degeneration may contribute to overall RD progression in this disease. Here, we investigate the RPE phenotype in our PEX1-G844D mouse model, observing morphological, inflammatory, and lipid changes at 1, 3, and 6 months of age. We report that RPE cell degeneration appears at 3 months of age and worsens with time, starts in the dorsal pole, and is accompanied by subretinal inflammatory cell infiltration. We match these events with lipid remodelling using imaging mass spectrometry which allowed regional analysis specific to the RPE cell layer. We identified 47 lipid alterations that precede structural changes, 10 of which are localized to the dorsal pole. 32 of these lipid alterations persist to 3 months, with remodelling of the lipid signature at the dorsal pole. 14 new alterations occur concurrent with histological changes. Changes in peroxisome-dependent lipids detected by liquid chromatography tandem mass spectrometry (reduced docosahexanoic acid and increased very long chain lysophosphatidylcholines) are exacerbated over time. This study represents the first characterization of RPE in any animal model of ZSD, and the first in situ lipid analysis in any peroxisome-deficient tissue. Our findings reveal candidate lipid drivers that could be targeted to alleviate RD progression in ZSD, as well as candidate biomarkers that could be used to evaluate retinopathy progression and response to therapy.