Changes in neuronal activity create local and transient changes in energy demands at synapses. Here we discover a metabolic compartment that forms in vivo near synapses to meet local energy demands and support synaptic function in Caenorhabditis elegans neurons. Under conditions of energy stress, glycolytic enzymes redistribute from a diffuse localization in the cytoplasm to a punctate localization adjacent to synapses. Glycolytic enzymes colocalize, suggesting the ad hoc formation of a glycolysis compartment, or a 'glycolytic metabolon', that can maintain local levels of ATP. Local formation of the glycolytic metabolon is dependent on presynaptic scaffolding proteins, and disruption of the glycolytic metabolon blocks the synaptic vesicle cycle, impairs synaptic recovery, and affects locomotion. Our studies indicate that energy demands in neurons are met locally through the assembly of a glycolytic metabolon to sustain synaptic function and behavior.

Abstract The heterotrimeric protein phosphatase 2A (PP2A) complex catalyzes about half of Ser/Thr dephosphorylations in eukaryotic cells. A CAG repeat expansion in the neuron-specific protein PP2A regulatory subunit PPP2R2B gene causes spinocerebellar ataxia type 12 (SCA12). We established five monoallelic missense variants in PPP2R2B (four confirmed as de novo) as a cause of intellectual disability with developmental delay (R149P, T246K, N310K, E37K, I427T). In addition to moderate to severe intellectual disability and developmental delay, affected individuals presented with seizures, microcephaly, aggression, hypotonia, as well as broad-based or stiff gait. We used biochemical and cellular assays, including a novel luciferase complementation assay to interrogate PP2A holoenzyme assembly and activity, as well as deregulated mitochondrial dynamics as possible pathogenic mechanisms. Cell-based assays documented impaired ability of PPP2R2B missense variants to incorporate into the PP2A holoenzyme, localize to mitochondria, induce fission of neuronal mitochondria, and dephosphorylate the mitochondrial fission enzyme dynamin-related protein 1. AlphaMissense-based pathogenicity prediction suggested that an additional seven unreported missense variants may be pathogenic. In conclusion, our studies identify loss-of-function at the PPP2R2B locus as the basis for syndromic intellectual disability with developmental delay. They also extend PPP2R2B-related pathologies from neurodegenerative (SCA12) to neurodevelopmental disorders and suggests that altered mitochondrial dynamics may contribute to mechanisms.