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Mutations in the KIF21B kinesin gene cause neurodevelopmental disorders through imbalanced canonical motor activity

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  • Laure Asselin

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • José Rivera Alvarez

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Solveig Heide

    (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière
    Groupe de Recherche Clinique (GRC) “Déficience Intellectuelle et Autisme”, UPMC
    Centre de Référence Déficiences Intellectuelles de Causes Rares, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière)

  • Camille S. Bonnet

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Peggy Tilly

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Hélène Vitet

    (Univ. Grenoble Alpes, INSERM, U1216, CHU Grenoble Alpes, Grenoble Institut Neuroscience)

  • Chantal Weber

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Carlos A. Bacino

    (Baylor College of Medicine
    Texas Children’s Hospital)

  • Kristin Baranaño

    (Kennedy Krieger Institute)

  • Anna Chassevent

    (Kennedy Krieger Institute)

  • Amy Dameron

    (GeneDx)

  • Laurence Faivre

    (Fédération Hospitalo-Universitaire Médecine Translationnelle et Anomalies du Développement (TRANSLAD), Centre Hospitalier Universitaire Dijon et Université de Bourgogne
    Université de Bourgogne Franche-Comté)

  • Neil A. Hanchard

    (Baylor College of Medicine)

  • Sonal Mahida

    (Boston Children’s Hospital)

  • Kirsty McWalter

    (GeneDx)

  • Cyril Mignot

    (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière
    Groupe de Recherche Clinique (GRC) “Déficience Intellectuelle et Autisme”, UPMC
    Centre de Référence Déficiences Intellectuelles de Causes Rares, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière
    Faculté de Médecine de Sorbonne Université, UMR S 1127, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, ICM)

  • Caroline Nava

    (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière
    Faculté de Médecine de Sorbonne Université, UMR S 1127, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, ICM)

  • Agnès Rastetter

    (Faculté de Médecine de Sorbonne Université, UMR S 1127, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, ICM)

  • Haley Streff

    (Baylor College of Medicine
    Texas Children’s Hospital)

  • Christel Thauvin-Robinet

    (Fédération Hospitalo-Universitaire Médecine Translationnelle et Anomalies du Développement (TRANSLAD), Centre Hospitalier Universitaire Dijon et Université de Bourgogne
    Centre Hospitalier Universitaire Dijon)

  • Marjan M. Weiss

    (Vrije Universiteit Amsterdam)

  • Gladys Zapata

    (Texas Children’s Hospital)

  • Petra J. G. Zwijnenburg

    (Vrije Universiteit Amsterdam)

  • Frédéric Saudou

    (Univ. Grenoble Alpes, INSERM, U1216, CHU Grenoble Alpes, Grenoble Institut Neuroscience)

  • Christel Depienne

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Christelle Golzio

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

  • Delphine Héron

    (Hôpital de la Pitié-Salpêtrière
    Groupe de Recherche Clinique (GRC) “Déficience Intellectuelle et Autisme”, UPMC
    Centre de Référence Déficiences Intellectuelles de Causes Rares, Hôpital de la Pitié-Salpêtrière)

  • Juliette D. Godin

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, INSERM
    Université de Strasbourg)

Abstract

KIF21B is a kinesin protein that promotes intracellular transport and controls microtubule dynamics. We report three missense variants and one duplication in KIF21B in individuals with neurodevelopmental disorders associated with brain malformations, including corpus callosum agenesis (ACC) and microcephaly. We demonstrate, in vivo, that the expression of KIF21B missense variants specifically recapitulates patients’ neurodevelopmental abnormalities, including microcephaly and reduced intra- and inter-hemispheric connectivity. We establish that missense KIF21B variants impede neuronal migration through attenuation of kinesin autoinhibition leading to aberrant KIF21B motility activity. We also show that the ACC-related KIF21B variant independently perturbs axonal growth and ipsilateral axon branching through two distinct mechanisms, both leading to deregulation of canonical kinesin motor activity. The duplication introduces a premature termination codon leading to nonsense-mediated mRNA decay. Although we demonstrate that Kif21b haploinsufficiency leads to an impaired neuronal positioning, the duplication variant might not be pathogenic. Altogether, our data indicate that impaired KIF21B autoregulation and function play a critical role in the pathogenicity of human neurodevelopmental disorder.

Suggested Citation

  • Laure Asselin & José Rivera Alvarez & Solveig Heide & Camille S. Bonnet & Peggy Tilly & Hélène Vitet & Chantal Weber & Carlos A. Bacino & Kristin Baranaño & Anna Chassevent & Amy Dameron & Laurence Fa, 2020. "Mutations in the KIF21B kinesin gene cause neurodevelopmental disorders through imbalanced canonical motor activity," Nature Communications, Nature, vol. 11(1), pages 1-18, December.
  • Handle: RePEc:nat:natcom:v:11:y:2020:i:1:d:10.1038_s41467-020-16294-6
    DOI: 10.1038/s41467-020-16294-6
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