Exposure to complex mixtures of air pollutants produces infl ammation in the upper and lower respiratory tract. Because the nasal cavity is a common portal of entry, respiratory and olfactory epithelia are vulnerable targets for toxicological damage. This study has evaluated, by light and electron microscopy and immunohistochemica l expression of nuclear factor-kappa beta (NF- κB) and inducible nitric oxide synthase (iNOS), the olfactory and respiratory nasal mucosae, olfactory bulb, and cortical and subcortical structures from 32 healthy mongrel canine residents in Southwest Metropolitan Mexico City (SWMMC), a highly polluted urban region. Findings were compared to those in 8 dogs from Tlaxcala, a less polluted, control city. In SWMMC dogs, expression of nuclear neuronal NF- κB and iNOS in cortical endothelial cells occurred at ages 2 and 4 weeks; subsequent damage included alterations of the blood—brain barrier (BBB), degenerating cortical neurons, apoptotic glial white matter cells, deposition of apolipoprotein E (apoE)-positive lipid droplets in smooth muscle cells and pericytes, nonneuritic plaques , and neurofi brillary tangles. Persistent pulmonary infl ammation and deteriorating olfactory and respiratory barriers may play a role in the neuropathology observed in the brains of these highly exposed canines. Neurodegenerative disorders such as Alzheimer's may begin early in life with air pollutants playing a crucial role.

Rationale: Several studies suggest that nasal nitric oxide (nNO) measurement could be a test for primary ciliary dyskinesia (PCD), but the procedure and interpretation have not been standardized.Objectives: To use a standard protocol for measuring nNO to establish a disease-specific cutoff value at one site, and then validate at six other sites.Methods: At the lead site, nNO was prospectively measured in individuals later confirmed to have PCD by ciliary ultrastructural defects (n = 143) or DNAH11 mutations (n = 6); and in 78 healthy and 146 disease control subjects, including individuals with asthma (n = 37), cystic fibrosis (n = 77), and chronic obstructive pulmonary disease (n = 32). A disease-specific cutoff value was determined, using generalized estimating equations (GEEs). Six other sites prospectively measured nNO in 155 consecutive individuals enrolled for evaluation for possible PCD.Measurements and Main Results: At the lead site, nNO values in PCD (mean ± standard deviation, 20.7 ± 24.1 nl/min; range, 1.5–207.3 nl/min) only rarely overlapped with the nNO values of healthy control subjects (304.6 ± 118.8; 125.5–867.0 nl/min), asthma (267.8 ± 103.2; 125.0–589.7 nl/min), or chronic obstructive pulmonary disease (223.7 ± 87.1; 109.7–449.1 nl/min); however, there was overlap with cystic fibrosis (134.0 ± 73.5; 15.6–386.1 nl/min). The disease-specific nNO cutoff value was defined at 77 nl/minute (sensitivity, 0.98; specificity, >0.999). At six other sites, this cutoff identified 70 of the 71 (98.6%) participants with confirmed PCD.Conclusions: Using a standardized protocol in multicenter studies, nNO measurement accurately identifies individuals with PCD, and supports its usefulness as a test to support the clinical diagnosis of PCD.

Rationale: The relationship between clinical phenotype of childhood primary ciliary dyskinesia (PCD) and ultrastructural defects and genotype is poorly defined.Objectives: To delineate clinical features of childhood PCD and their associations with ultrastructural defects and genotype.Methods: A total of 118 participants younger than 19 years old with PCD were evaluated prospectively at six centers in North America using standardized procedures for diagnostic testing, spirometry, chest computed tomography, respiratory cultures, and clinical phenotyping.Measurements and Main Results: Clinical features included neonatal respiratory distress (82%), chronic cough (99%), and chronic nasal congestion (97%). There were no differences in clinical features or respiratory pathogens in subjects with outer dynein arm (ODA) defects (ODA alone; n = 54) and ODA plus inner dynein arm (IDA) defects (ODA + IDA; n = 18) versus subjects with IDA and central apparatus defects with microtubular disorganization (IDA/CA/MTD; n = 40). Median FEV1 was worse in the IDA/CA/MTD group (72% predicted) versus the combined ODA groups (92% predicted; P = 0.003). Median body mass index was lower in the IDA/CA/MTD group (46th percentile) versus the ODA groups (70th percentile; P = 0.003). For all 118 subjects, median number of lobes with bronchiectasis was three and alveolar consolidation was two. However, the 5- to 11-year-old IDA/CA/MTD group had more lobes of bronchiectasis (median, 5; P = 0.0008) and consolidation (median, 3; P = 0.0001) compared with the ODA groups (median, 3 and 2, respectively). Similar findings were observed when limited to participants with biallelic mutations.Conclusions: Lung disease was heterogeneous across all ultrastructural and genotype groups, but worse in those with IDA/CA/MTD ultrastructural defects, most of whom had biallelic mutations in CCDC39 or CCDC40.

Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a genetically heterogeneous recessive disorder of motile cilia, but the genetic cause is not defined for all patients with PCD.To identify disease-causing mutations in novel genes, we performed exome sequencing, follow-up characterization, mutation scanning, and genotype-phenotype studies in patients with PCD.Whole-exome sequencing was performed using NimbleGen capture and Illumina HiSeq sequencing. Sanger-based sequencing was used for mutation scanning, validation, and segregation analysis.We performed exome sequencing on an affected sib-pair with normal ultrastructure in more than 85% of cilia. A homozygous splice-site mutation was detected in RSPH1 in both siblings; parents were carriers. Screening RSPH1 in 413 unrelated probands, including 325 with PCD and 88 with idiopathic bronchiectasis, revealed biallelic loss-of-function mutations in nine additional probands. Five affected siblings of probands in RSPH1 families harbored the familial mutations. The 16 individuals with RSPH1 mutations had some features of PCD; however, nasal nitric oxide levels were higher than in patients with PCD with other gene mutations (98.3 vs. 20.7 nl/min; P < 0.0003). Additionally, individuals with RSPH1 mutations had a lower prevalence (8 of 16) of neonatal respiratory distress, and later onset of daily wet cough than typical for PCD, and better lung function (FEV1), compared with 75 age- and sex-matched PCD cases (73.0 vs. 61.8, FEV1 % predicted; P = 0.043). Cilia from individuals with RSPH1 mutations had normal beat frequency (6.1 ± Hz at 25°C), but an abnormal, circular beat pattern.The milder clinical disease and higher nasal nitric oxide in individuals with biallelic mutations in RSPH1 provides evidence of a unique genotype-phenotype relationship in PCD, and suggests that mutations in RSPH1 may be associated with residual ciliary function.