Hypomyelination is observed in the context of a growing number of genetic disorders that share clinical characteristics. The aim of this study was to determine the possible role of magnetic resonance imaging pattern recognition in distinguishing different hypomyelinating disorders, which would facilitate the diagnostic process. Only patients with hypomyelination of known cause were included in this retrospective study. A total of 112 patients with Pelizaeus-Merzbacher disease, hypomyelination with congenital cataract, hypomyelination with hypogonadotropic hypogonadism and hypodontia, Pelizaeus-Merzbacher-like disease, infantile GM1 and GM2 gangliosidosis, Salla disease and fucosidosis were included. The brain scans were rated using a standard scoring list; the raters were blinded to the diagnoses. Grouping of the patients was based on cluster analysis. Ten clusters of patients with similar magnetic resonance imaging abnormalities were identified. The most important discriminating items were early cerebellar atrophy, homogeneity of the white matter signal on T(2)-weighted images, abnormal signal intensity of the basal ganglia, signal abnormalities in the pons and additional T(2) lesions in the deep white matter. Eight clusters each represented mainly a single disorder (i.e. Pelizaeus-Merzbacher disease, hypomyelination with congenital cataract, hypomyelination with hypogonadotropic hypogonadism and hypodontia, infantile GM1 and GM2 gangliosidosis, Pelizaeus-Merzbacher-like disease and fucosidosis); only two clusters contained multiple diseases. Pelizaeus-Merzbacher-like disease was divided between two clusters and Salla disease did not cluster at all. This study shows that it is possible to separate patients with hypomyelination disorders of known cause in clusters based on magnetic resonance imaging abnormalities alone. In most cases of Pelizaeus-Merzbacher disease, hypomyelination with congenital cataract, hypomyelination with hypogonadotropic hypogonadism and hypodontia, Pelizaeus-Merzbacher-like disease, infantile GM1 and GM2 gangliosidosis and fucosidosis, the imaging pattern gives clues for the diagnosis.

Objectives:

 The study was focused on leukoencephalopathies of unknown cause in order to define a novel, homogeneous phenotype suggestive of a common genetic defect, based on clinical and MRI findings, and to identify the causal genetic defect shared by patients with this phenotype. 

Methods:

 Independent next-generation exome-sequencing studies were performed in 2 unrelated patients with a leukoencephalopathy. MRI findings in these patients were compared with available MRIs in a database of unclassified leukoencephalopathies; 11 patients with similar MRI abnormalities were selected. Clinical and MRI findings were investigated. 

Results:

 Next-generation sequencing revealed compound heterozygous mutations in AARS2 encoding mitochondrial alanyl-tRNA synthetase in both patients. Functional studies in yeast confirmed the pathogenicity of the mutations in one patient. Sanger sequencing revealed AARS2 mutations in 4 of the 11 selected patients. The 6 patients with AARS2 mutations had childhood- to adulthood-onset signs of neurologic deterioration consisting of ataxia, spasticity, and cognitive decline with features of frontal lobe dysfunction. MRIs showed a leukoencephalopathy with striking involvement of left-right connections, descending tracts, and cerebellar atrophy. All female patients had ovarian failure. None of the patients had signs of a cardiomyopathy. 

Conclusions:

 Mutations in AARS2 have been found in a severe form of infantile cardiomyopathy in 2 families. We present 6 patients with a new phenotype caused by AARS2 mutations, characterized by leukoencephalopathy and, in female patients, ovarian failure, indicating that the phenotypic spectrum associated with AARS2 variants is much wider than previously reported.

This exploratory study evaluates rating scale usage by experts from the European Reference Network for Rare Neurological Diseases (ERN-RND) for paediatric MD, considering factors like diagnosis, intellectual disability, age, and transition to adult care. The aim is to propose a preliminary framework for consistent application.

BackgroundAssessment of myelination is a core issue in paediatric neuroimaging and can be challenging, particularly in settings without dedicated paediatric neuroradiologists. Deep learning models have recently been shown to be able to estimate myelination age in children with normal MRI, but currently lack validation for patients with myelination delay and implementation including pre-processing suitable for local imaging is not trivial. Standardized myelination scores, which have been successfully used as biomarkers for myelination in hypomyelinating diseases, rely on visual, semiquantitative scoring of myelination on routine clinical MRI and may offer an easy-to-use alternative for assessment of myelination.MethodsMyelination was scored in 13 anatomic sites (items) on conventional T2w and T1w images in controls (n = 253, 0–2 years). Items for the score were selected based on inter-rater variability, practicability of scoring, and importance for correctly identifying validation scans.ResultsThe resulting myelination score consisting of 7 T2- and 5 T1-items delineated myelination from term-equivalent to advanced, incomplete myelination which 50 % and 99 % of controls had reached by 19.1 and 32.7 months, respectively. It correctly identified 20/20 new control MRIs and 40/43 with myelination delay, missing one patient with borderline myelination delay at 8.6 months and 2 patients with incomplete T2-myelination of subcortical temporopolar white matter at 28 and 34 months.ConclusionsThe proposed myelination score provides an easy to use, standardized, and versatile tool to delineate myelination normally occurring during the first 1.5 years of life.

Colony stimulating factor 1 receptor (CSF1R) is an essential receptor for both colony stimulating factor 1 (CSF1) and interleukin (IL) 34 signaling expressed on monocyte precursors and myeloid cells, including monocytes, dendritic cells (DC), and microglia. In humans, dominant heterozygous pathogenic variants in CSF1R cause a neurological condition known as CSF1R-related disorder (CSF1R-RD), typically with late onset, previously referred to as adult-onset leukoencephalopathy with axonal spheroids and pigmented glia (ALSP). CSF1R-RD is characterized by microglia reduction and altered monocyte function; however, the impact of pathogenic CSF1R variants on the human DC lineage remains largely unknown. We previously reported that cord blood CD34+ stem cell-derived DCs generated in vitro originate specifically from CSF1R expressing precursors. In this study, we examined the DC lineage of four unrelated patients with late-onset CSF1R-RD who carried heterozygous missense CSF1R variants (c.2330G>A, c.2375C>A, c.2329C>T, and c.2381T>C) affecting different amino acids in the protein tyrosine kinase domain of CSF1R. CD34+ stem cells and CD14+ monocytes were isolated from peripheral blood and subjected to an in vitro culture protocol to differentiate towards conventional DCs and monocyte-derived DCs, respectively. Flow cytometric analysis revealed that monocytes from patients with late-onset CSF1R-RD were still able to differentiate into monocyte-derived DCs in vitro, whereas the ability of CD34+ stem cells to differentiate into conventional DCs was impaired. Strikingly, the peripheral blood of patients contained all naturally occurring DC subsets. We conclude that the in vitro abrogation of DC-development in patients with heterozygous pathogenic missense CSF1R variants does not translate to an impairment in DC development in vivo and speculate that CSF1R signalling in vivo is compensated, which needs further study.

Abstract 4H leukodystrophy is a rare genetic disorder classically characterized by hypomyelination, hypodontia and hypogonadotropic hypogonadism. With the discovery that 4H is caused by mutations that affect RNA polymerase III, mainly involved in the transcription of small non-coding RNAs, also patients with atypical presentations with mainly a neuronal phenotype were identified. Pathomechanisms of 4H brain abnormalities are still unknown and research is hampered by a lack of preclinical models. We aimed to identify cells and pathways that are affected by 4H mutations using induced pluripotent stem cell models. RNA sequencing analysis on induced pluripotent stem cell-derived cerebellar cells revealed several differentially expressed genes between 4H patients and control samples, including reduced ARX expression. As ARX is involved in early brain and interneuron development, we studied and confirmed interneuron changes in primary tissue of 4H patients. Subsequently, we studied interneuron changes in more depth and analyzed induced pluripotent stem cell-derived cortical neuron cultures for changes in neuronal morphology, synaptic balance, network activity and myelination. We showed a decreased percentage of GABAergic synapses in 4H, which correlated to increased neuronal network activity. Treatment of cultures with GABA antagonists led to a significant increase in neuronal network activity in control cells but not in 4H cells, also pointing to lack of inhibitory activity in 4H. Myelination and oligodendrocyte maturation in cultures with 4H neurons was normal, and treatment with sonic hedgehog agonist SAG did not improve 4H related neuronal phenotypes. qPCR analysis revealed increased expression of parvalbumin interneuron marker ERBB4 , suggesting that the development rather than generation of interneurons may be affected in 4H. Together, these results indicate that interneurons are involved, possibly parvalbumin interneurons, in disease mechanisms of 4H leukodystrophy.

Abstract We report three siblings homozygous for CSF1R variant c.1969 + 115_1969 + 116del to expand the phenotype of “brain abnormalities, neurodegeneration, and dysosteosclerosis” (BANDDOS) and discuss its link with “adult leukoencephalopathy with axonal spheroids and pigmented glia” (ALSP), caused by heterozygous CSF1R variants. We evaluated medical, radiological, and laboratory findings and reviewed the literature. Patients presented with developmental delay, therapy‐resistant epilepsy, dysmorphic features, and skeletal abnormalities. Secondary neurological decline occurred from 23 years in sibling one and from 20 years in sibling two. Brain imaging revealed multifocal white matter abnormalities and calcifications during initial disease in siblings two and three. Developmental brain anomalies, seen in all three, were most severe in sibling two. During neurological decline in siblings one and two, the leukoencephalopathy was progressive and had the MRI appearance of ALSP. Skeletal survey revealed osteosclerosis, most severe in sibling three. Blood markers, monocytes, dendritic cell subsets, and T‐cell proliferation capacity were normal. Literature review revealed variable initial disease and secondary neurological decline. BANDDOS presents with variable dysmorphic features, skeletal dysplasia, developmental delay, and epilepsy with on neuro‐imaging developmental brain anomalies, multifocal white matter abnormalities, and calcifications. Secondary neurological decline occurs with a progressive leukoencephalopathy, in line with early onset ALSP. Despite the role of CSF1R signaling in myeloid development, immune deficiency is absent. Phenotype varies within families; skeletal and neurological manifestations may be disparate.

Abstract Objectives The leukodystrophy “vanishing white matter” (VWM) and “metachromatic leukodystrophy” (MLD) affect the brain's white matter, but have very different underlying pathology. We aim to determine whether quantitative MRI reflects known neuropathological differences and correlates with clinical scores in these leukodystrophies. Methods VWM and MLD patients and controls were prospectively included between 2020 and 2023. Clinical scores were recorded. MRI at 3 T included multi-compartment relaxometry diffusion-informed myelin water imaging (MCR-DIMWI) and multi-echo T2-relaxation imaging with compressed sensing (METRICS) to determine myelin water fractions (MWF). Multi-shell diffusion-weighted data were used for diffusion tensor imaging measures and neurite orientation dispersion and density imaging (NODDI) analysis, which estimates neurite density index, orientation dispersion index, and free water fraction. As quantitative MRI measures are age-dependent, ratios between actual and age-expected MRI measures were calculated. We performed the multilevel analysis with subsequent post-hoc and correlation tests to assess differences between groups and clinico-radiological correlations. Results Sixteen control (age range: 2.3–61.3 years, 8 male), 37 VWM (2.4–56.5 years, 20 male), and 14 MLD (2.2–41.7 years, 6 male) subjects were included. Neurite density index and MWF were lower in patients than in controls ( p < 0.001). Free water fraction was highest in VWM ( p = 0.01), but similar to controls in MLD ( p = 0.99). Changes in diffusion tensor imaging measures relative to controls were generally more pronounced in VWM than in MLD. In both patient groups, MCR-DIMWI MWF correlated strongest with clinical measures. Conclusion Quantitative MRI correlates to clinical measures and yields differential profiles in VWM and MLD, in line with differences in neuropathology. Key Points Question Can quantitative MRI reflect known neuropathological differences and correlate with clinical scores for these leukodystrophies ? Finding Quantitative MRI measures, e.g., MWF, neurite density index, and free water fraction differ between leukodystrophies and controls, in correspondence to known histological differences . Clinical relevance MRI techniques producing quantitative, biologically-specific, measures regarding the health of myelin and axons deliver more comprehensive information regarding pathological changes in leukodystrophies than current approaches, and are thus viable tools for monitoring patients and providing clinical trial outcome measures .