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Pujol C, Legrand A, Parodi L, Thomas P, Mochel F, Saracino D, Coarelli G, Croon M, Popovic M, Valet M, Villain N, Elshafie S, Issa M, Zuily S, Renaud M, Marelli-Tosi C, Legendre M, Trimouille A, Kemlin I, Mathieu S, Gleeson JG, Lamari F, Galatolo D, Alkouri R, Tse C, Rodriguez D, Ewenczyk C, Fellmann F, Kuntzer T, Blond E, El Hachimi KH, Darios F, Seyer A, Gazi AD, Giavalisco P, Perin S, Boucher JL, Le Corre L, Santorelli FM, Goizet C, Zaki MS, Picaud S, Mourier A, Steculorum SM, Mignot C, Durr A, Trifunovic A, Stevanin G. Implication of folate deficiency in CYP2U1 loss of function. J Exp Med 2021; 218:212651. [PMID: 34546337 PMCID: PMC8480666 DOI: 10.1084/jem.20210846] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 3.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/20/2021] [Revised: 07/15/2021] [Accepted: 08/05/2021] [Indexed: 11/24/2022] Open
Abstract
Hereditary spastic paraplegias are heterogeneous neurodegenerative disorders. Understanding of their pathogenic mechanisms remains sparse, and therapeutic options are lacking. We characterized a mouse model lacking the Cyp2u1 gene, loss of which is known to be involved in a complex form of these diseases in humans. We showed that this model partially recapitulated the clinical and biochemical phenotypes of patients. Using electron microscopy, lipidomic, and proteomic studies, we identified vitamin B2 as a substrate of the CYP2U1 enzyme, as well as coenzyme Q, neopterin, and IFN-α levels as putative biomarkers in mice and fluids obtained from the largest series of CYP2U1-mutated patients reported so far. We also confirmed brain calcifications as a potential biomarker in patients. Our results suggest that CYP2U1 deficiency disrupts mitochondrial function and impacts proper neurodevelopment, which could be prevented by folate supplementation in our mouse model, followed by a neurodegenerative process altering multiple neuronal and extraneuronal tissues.
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Affiliation(s)
- Claire Pujol
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France.,Pasteur Institute, Centre national de la recherche scientifique UMR 3691, Paris, France
| | - Anne Legrand
- Paris University, Paris Cardiovascular Research Centre, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital Européen Georges Pompidou, Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares - Institut national de la santé et de la recherche médicale U97, Paris, France
| | - Livia Parodi
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Priscilla Thomas
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France.,Pasteur Institute, Centre national de la recherche scientifique UMR 3691, Paris, France
| | - Fanny Mochel
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Dario Saracino
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Giulia Coarelli
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Marijana Croon
- Cologne Excellence Cluster for Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases, University of Cologne, Cologne, Germany
| | - Milica Popovic
- Cologne Excellence Cluster for Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases, University of Cologne, Cologne, Germany
| | - Manon Valet
- Sorbonne University, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Institut de la Vision, Paris, France
| | - Nicolas Villain
- Sorbonne University, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, Department of Neurology, Paris, France
| | - Shahira Elshafie
- Department of Clinical Pathology, Fayoum University, Fayoum, Egypt
| | - Mahmoud Issa
- Department of Clinical Genetics, Human Genetics and Genome Research Division, National Research Centre, Cairo, Egypt
| | - Stephane Zuily
- University of Lorraine, Institut national de la santé et de la recherche médicale U 1116, Centre Hospitalier Régional Universitaire de Nancy, Nancy, France
| | - Mathilde Renaud
- University of Lorraine, Institut national de la santé et de la recherche médicale U 1256, Centre Hospitalier Régional Universitaire de Nancy, Nancy, France
| | - Cécilia Marelli-Tosi
- Mécanismes Moléculaires dans les Démences Neurodégénératives, University of Montpellier, École pratique des hautes études, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Montpellier, France; Expert Center for Neurogenetic Diseases, Centre Hospitalier Universitaire, Montpellier, France
| | - Marine Legendre
- Genetics Department, Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux, University of Bordeaux, Bordeaux, France
| | - Aurélien Trimouille
- Genetics Department, Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux, University of Bordeaux, Bordeaux, France
| | - Isabelle Kemlin
- Pediatric Neurology Department, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital Armand Trousseau, Groupe Hôpitaux Universitaires Est Parisien, Paris, France
| | - Sophie Mathieu
- Pediatric Neurology Department, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital Armand Trousseau, Groupe Hôpitaux Universitaires Est Parisien, Paris, France
| | - Joseph G Gleeson
- Department of Neurosciences, University of California, San Diego, La Jolla, CA
| | - Foudil Lamari
- Metabolic Biochemistry Department, Pitié-Salpêtrière hospital, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Sorbonne University, Paris, France
| | - Daniele Galatolo
- Molecular Medicine, Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico Stella Maris, Pisa, Italy
| | - Rana Alkouri
- Metabolic Biochemistry Department, Pitié-Salpêtrière hospital, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Sorbonne University, Paris, France
| | - Chantal Tse
- Metabolic Biochemistry Department, Pitié-Salpêtrière hospital, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Sorbonne University, Paris, France
| | - Diana Rodriguez
- Pediatric Neurology Department, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital Armand Trousseau, Groupe Hôpitaux Universitaires Est Parisien, Paris, France
| | - Claire Ewenczyk
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Florence Fellmann
- University of Lausanne, Service de Génétique médicale, Lausanne, Switzerland
| | - Thierry Kuntzer
- University of Lausanne, Nerve-Muscle Unit, Department of Clinical Neurosciences, Lausanne, Switzerland
| | - Emilie Blond
- Department of Biochemistry and Molecular Biology, Hospices Civils de Lyon, Pierre Bénite, France
| | - Khalid H El Hachimi
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France.,Paris Sciences et Lettres Research University, École pratique des hautes études, Neurogenetics Unit, Paris, France
| | - Frédéric Darios
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | | | - Anastasia D Gazi
- Pasteur Institute, Centre national de la recherche scientifique UMR 3691, Paris, France
| | | | - Silvina Perin
- Max Planck Institute for Biology of Ageing, Cologne, Germany
| | - Jean-Luc Boucher
- Paris Descartes University, Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques, Centre national de la recherche scientifique UMR 8601, Paris, France
| | - Laurent Le Corre
- Paris Descartes University, Laboratoire de Chimie et Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques, Centre national de la recherche scientifique UMR 8601, Paris, France
| | - Filippo M Santorelli
- Molecular Medicine, Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico Stella Maris, Pisa, Italy
| | - Cyril Goizet
- Genetics Department, Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux, University of Bordeaux, Bordeaux, France
| | - Maha S Zaki
- Department of Clinical Genetics, Human Genetics and Genome Research Division, National Research Centre, Cairo, Egypt
| | - Serge Picaud
- Sorbonne University, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Institut de la Vision, Paris, France
| | - Arnaud Mourier
- Bordeaux University, Centre national de la recherche scientifique, Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires, UMR 5095, Bordeaux, France
| | - Sophie Marie Steculorum
- Group Neurocircuit and Function, Max Planck Institute for Metabolism Research, Cologne, Germany
| | - Cyril Mignot
- Genetics and Cytogenetics Department, Centre de Référence Déficiences Intellectuelles de Causes Rares, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Paris, France
| | - Alexandra Durr
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France
| | - Aleksandra Trifunovic
- Cologne Excellence Cluster for Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases, University of Cologne, Cologne, Germany
| | - Giovanni Stevanin
- Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute ICM, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Centre national de la recherche scientifique, Assistance Publique - Hôpitaux de Paris, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, Départements Médico-Universitaires Neuroscience 6, Paris, France.,Paris Sciences et Lettres Research University, École pratique des hautes études, Neurogenetics Unit, Paris, France
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Legrand A, Pujol C, Durand CM, Mesnil A, Rubera I, Duranton C, Zuily S, Sousa AB, Renaud M, Boucher JL, Pietrancosta N, Adham S, Orssaud C, Marelli C, Casali C, Ziccardi L, Villain N, Ewenczyk C, Durr A, Mignot C, Stevanin G, Billon C, Hureaux M, Jeunemaitre X, Goizet C, Albuisson J. Pseudoxanthoma elasticum overlaps hereditary spastic paraplegia type 56. J Intern Med 2021; 289:709-725. [PMID: 33107650 DOI: 10.1111/joim.13193] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Submit a Manuscript] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/26/2020] [Accepted: 09/29/2020] [Indexed: 01/31/2023]
Abstract
PURPOSE Pseudoxanthoma elasticum (PXE) is a recessive disorder involving skin, eyes and arteries, mainly caused by ABCC6 pathogenic variants. However, almost one fifth of patients remain genetically unsolved despite extensive genetic screening of ABCC6, as illustrated in a large French PXE series of 220 cases. We searched for new PXE gene(s) to solve the ABCC6-negative patients. METHODS First, family-based exome sequencing was performed, in one ABCC6-negative PXE patient with additional neurological features, and her relatives. CYP2U1, involved in hereditary spastic paraplegia type 56 (SPG56), was selected based on this complex phenotype, and the presence of two candidate variants. Second, CYP2U1 sequencing was performed in a retrospective series of 46 additional ABCC6-negative PXE probands. Third, six additional SPG56 patients were evaluated for PXE skin and eye phenotype. Additionally, plasma pyrophosphate dosage and functional analyses were performed in some of these patients. RESULTS 6.4% of ABCC6-negative PXE patients (n = 3) harboured biallelic pathogenic variants in CYP2U1. PXE skin lesions with histological confirmation, eye lesions including maculopathy or angioid streaks, and various neurological symptoms were present. CYP2U1 missense variants were confirmed to impair protein function. Plasma pyrophosphate levels were normal. Two SPG56 patients (33%) presented some phenotypic overlap with PXE. CONCLUSION CYP2U1 pathogenic variants are found in unsolved PXE patients with neurological findings, including spastic paraplegia, expanding the SPG56 phenotype and highlighting its overlap with PXE. The pathophysiology of ABCC6 and CYP2U1 should be explored to explain their respective role and potential interaction in ectopic mineralization.
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Affiliation(s)
- A Legrand
- From the, Université de Paris, PARCC, INSERM, Paris, France.,Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - C Pujol
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau, Paris, France
| | - C M Durand
- Inserm, U1211, Laboratoire Maladies Rares: Génétique et Métabolisme, Univ. Bordeaux; Centre de Référence Neurogénétique, Service de Génétique Médicale, CHU Bordeaux, Bordeaux, France
| | - A Mesnil
- Département de Génétique AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - I Rubera
- Université Côte d'Azur, CNRS-UMR 7370, Laboratoire de Physiomédecine Moléculaire, LabEx ICST, Nice, France
| | - C Duranton
- Université Côte d'Azur, CNRS-UMR 7370, Laboratoire de Physiomédecine Moléculaire, LabEx ICST, Nice, France
| | - S Zuily
- Université de Lorraine, Inserm UMR_S 1116; CHRU de Nancy, Service de Médecine vasculaire, Centre de Compétences Régional des Maladies Vasculaires Rares, Nancy, France
| | - A B Sousa
- Medical Genetics, Department of Pediatrics, Hospital de Santa Maria, Centro Hospitalar Lisboa Norte, Centro Académico de Medicina de Lisboa, Lisboa, Portugal
| | - M Renaud
- CHRU de Nancy, Service de Neurologie, Nancy, France
| | - J L Boucher
- UMR 8601 CNRS, Université de Paris, Paris, France
| | | | - S Adham
- Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France.,Université de Paris, Paris, France
| | - C Orssaud
- Unité fonctionnelle d'ophtalmologie, AP-HP, Hôpital Européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - C Marelli
- Inserm U1198 MMDN; Gui de Chauliac University Hospital, Department of Neurology, Expert Centre for Neurogenetic Diseases and Adult Mitochondrial and Metabolic Diseases, Montpellier, France
| | - C Casali
- Department of SBMC, Sapienza University Rome, Rome, Italy
| | - L Ziccardi
- IRCCS- Fondazione Bietti, Neurophysiology of Vision and Neuroophthalmology Unit, Rome, Italy
| | - N Villain
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau; Sorbonne Université, GRC n° 21, Alzheimer Precision Medicine; AP-HP, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière; Département de Neurologie, Institut de la Mémoire et de la maladie d'Alzheimer, Paris, France
| | - C Ewenczyk
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau; AP-HP, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, Département de Génétique, Paris, France
| | - A Durr
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau; AP-HP, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, Département de Génétique, Paris, France
| | - C Mignot
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau; AP-HP, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière, Département de Génétique; Centre de Référence Déficiences Intellectuelles de Causes Rares, Paris, France
| | - G Stevanin
- Sorbonne Université; Inserm, U1127; CNRS, UMR 7225; Institut du Cerveau; PSL research University, Ecole Pratique des Hautes Etudes, Neurogenetics team, Paris, France
| | - C Billon
- From the, Université de Paris, PARCC, INSERM, Paris, France.,Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - M Hureaux
- From the, Université de Paris, PARCC, INSERM, Paris, France.,Département de Génétique AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - X Jeunemaitre
- From the, Université de Paris, PARCC, INSERM, Paris, France.,Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France
| | - C Goizet
- Inserm, U1211, Laboratoire Maladies Rares: Génétique et Métabolisme, Univ. Bordeaux; Centre de Référence Neurogénétique, Service de Génétique Médicale, CHU Bordeaux, Bordeaux, France
| | - J Albuisson
- From the, Université de Paris, PARCC, INSERM, Paris, France.,Centre de Référence des Maladies Vasculaires Rares, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris, France.,Département de Biologie et Pathologie des Tumeurs, Centre Georges François Leclerc, Dijon, France
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