Abstract Pontocerebellar hypoplasia type 2 a (PCH2a) is a rare, autosomal recessive pediatric disorder with limited treatment options. Its anatomical hallmark is the hypoplasia of the cerebellum and pons accompanied by progressive microcephaly. PCH2a results from a homozygous founder variant in TSEN54 , which encodes a tRNA splicing endonuclease (TSEN) complex subunit. Despite the ubiquitous expression of the TSEN complex, the tissue-specific pathological mechanism of PCH2a remains unknown due to a lack of model system. In this study, we developed human models of PCH2a using brain region-specific organoids. We therefore obtained skin biopsies from three affected males with genetically confirmed PCH2a and derived induced pluripotent stem cells (iPSCs). Proliferation and cell death rates were not altered in PCH2a iPSCs. We subsequently differentiated cerebellar and neocortical organoids from control and PCH2a iPSCs. Mirroring clinical neuroimaging findings, PCH2a cerebellar organoids were reduced in size compared to controls starting early in differentiation. We observed milder growth deficits in neocortical PCH2a organoids. While PCH2a cerebellar organoids did not upregulate apoptosis, their stem cell zones showed altered proliferation kinetics, with increased proliferation at day 30 and reduced proliferation at day 50 compared to controls. In summary, we have generated a human model of PCH2a, which provides the foundation for deciphering brain region-specific disease mechanisms.

Krabbe disease (KD) is a multisystem neurodegenerative disorder with severe disability and premature death, mostly with an infancy/childhood onset. In rare cases of late-onset phenotypes, symptoms are often milder and difficult to diagnose. We here present a translational approach combining diagnostic and biochemical analyses of a male patient with a progressive gait disorder starting at the age of 44 years, with a final diagnosis of late-onset KD (LOKD).

SummaryInborn errors of selenoprotein expression arise from deleterious variants in genes encoding selenoproteins or selenoprotein biosynthetic factors, some of which are associated with neurodegenerative disorders. This study shows that bi-allelic selenocysteine tRNA-specific eukaryotic elongation factor (EEFSEC) variants cause selenoprotein deficiency, leading to progressive neurodegeneration. EEFSEC deficiency, an autosomal recessive disorder, manifests with global developmental delay, progressive spasticity, ataxia, and seizures. Cerebral MRI primarily demonstrated a cerebellar pathology, including hypoplasia and progressive atrophy. Exome or genome sequencing identified six different bi-allelic EEFSEC variants in nine individuals from eight unrelated families. These variants showed reduced EEFSEC function in vitro, leading to lower levels of selenoproteins in fibroblasts. In line with the clinical phenotype, an eEFSec-RNAi Drosophila model displays progressive impairment of motor function, which is reflected in the synaptic defects in this model organisms. This study identifies EEFSEC deficiency as an inborn error of selenocysteine metabolism. It reveals the pathophysiological mechanisms of neurodegeneration linked to selenoprotein metabolism, suggesting potential targeted therapies.