Variable, glutamine-encoding, CAA interruptions indicate that a property of the uninterrupted HTT CAG repeat sequence, distinct from the length of huntingtin's polyglutamine segment, dictates the rate at which Huntington's disease (HD) develops. The timing of onset shows no significant association with HTT cis-eQTLs but is influenced, sometimes in a sex-specific manner, by polymorphic variation at multiple DNA maintenance genes, suggesting that the special onset-determining property of the uninterrupted CAG repeat is a propensity for length instability that leads to its somatic expansion. Additional naturally occurring genetic modifier loci, defined by GWAS, may influence HD pathogenesis through other mechanisms. These findings have profound implications for the pathogenesis of HD and other repeat diseases and question the fundamental premise that polyglutamine length determines the rate of pathogenesis in the "polyglutamine disorders."

Abstract

Background

 Huntington's disease (HD) is an inherited neurodegenerative disorder caused by an expanded CAG repeat in the HTT gene. It is diagnosed following a standardized examination of motor control and often presents with cognitive decline and psychiatric symptoms. Recent studies have detected genetic loci modifying the age at onset of motor symptoms in HD, but genetic factors influencing cognitive and psychiatric presentations are unknown. 

Methods

 We tested the hypothesis that psychiatric and cognitive symptoms in HD are influenced by the same common genetic variation as in the general population by 1) constructing polygenic risk scores from large genome-wide association studies of psychiatric and neurodegenerative disorders and of intelligence and 2) testing for correlation with the presence of psychiatric and cognitive symptoms in a large sample (n = 5160) of patients with HD. 

Results

 Polygenic risk score for major depression was associated specifically with increased risk of depression in HD, as was schizophrenia risk score with psychosis and irritability. Cognitive impairment and apathy were associated with reduced polygenic risk score for intelligence. 

Conclusions

 Polygenic risk scores for psychiatric disorders, particularly depression and schizophrenia, are associated with increased risk of the corresponding psychiatric symptoms in HD, suggesting a common genetic liability. However, the genetic liability to cognitive impairment and apathy appears to be distinct from other psychiatric symptoms in HD. No associations were observed between HD symptoms and risk scores for other neurodegenerative disorders. These data provide a rationale for treatments effective in depression and schizophrenia to be used to treat depression and psychotic symptoms in HD.

Author summary Schizophrenia is a severe psychiatric disorder with a lifetime risk of about 1% world-wide. Most large schizophrenia genetic studies have studied people of primarily European ancestry, potentially missing important biological insights. Here we present a study of East Asian participants (22,778 schizophrenia cases and 35,362 controls), identifying 21 genome-wide significant schizophrenia associations in 19 genetic loci. Over the genome, the common genetic variants that confer risk for schizophrenia have highly similar effects in those of East Asian and European ancestry (r g =0.98), indicating for the first time that the genetic basis of schizophrenia and its biology are broadly shared across these world populations. A fixed-effect meta-analysis including individuals from East Asian and European ancestries revealed 208 genome-wide significant schizophrenia associations in 176 genetic loci (53 novel). Trans-ancestry fine-mapping more precisely isolated schizophrenia causal alleles in 70% of these loci. Despite consistent genetic effects across populations, polygenic risk models trained in one population have reduced performance in the other, highlighting the importance of including all major ancestral groups with sufficient sample size to ensure the findings have maximum relevance for all populations.

Abstract Schizophrenia is a highly polygenic disorder with important contributions coming from both common and rare risk alleles, the latter including CNVs and rare coding variants (RCVs), sometimes occurring as de novo variants (DNVs). We performed DNV analysis in whole exome-sequencing data obtained from a new sample of 613 schizophrenia trios, and combined this with published data for a total of 3,444 trios. Loss-of-function (LoF) DNVs were significantly enriched among 3,488 LoF intolerant genes in our new trio data (rate ratio (RR) (95% CI) = 2.23 (1.31, 3.79); p = 2.2 × 10 −3 ), supporting previous findings. In the full dataset, genes associated with neurodevelopmental disorders (NDD; n=160) were significantly enriched for LoF DNVs (RR (95% CI) = 3.32 (2.0, 5.21); p = 7.4 × 10 −6 ). Within this set of NDD genes, SLC6A1 , encoding a gamma-aminobutyric acid transporter, was associated with missense-damaging DNVs ( p = 5.2 × 10 −5 ). Using data from a subset of 1,122 trios for which we had genome-wide common variant data, schizophrenia polygenic risk was significantly over-transmitted to probands ( p = 2.6 × 10 −60 ), as was bipolar disorder common variant polygenic risk ( p = 5.7 × 10 −17 ). We defined carriers of candidate schizophrenia-related DNVs as those with LoF or deletion DNVs in LoF intolerant or NDD genes. These individuals had significantly less over-transmission of common risk alleles than non-carriers ( p = 3.5 × 10 −4 ), providing robust support for the hypothesis that this set of DNVs is enriched for those related to schizophrenia.

Abstract Huntington’s disease (HD) is an inherited neurodegenerative disorder caused by an expanded CAG repeat in the HTT gene. It is diagnosed following a standardized exam of motor control and often presents with cognitive decline and psychiatric symptoms. Recent studies have detected genetic loci modifying the age at onset of motor symptoms in HD, but genetic factors influencing cognitive and psychiatric presentations are unknown. We tested the hypothesis that psychiatric and cognitive symptoms in HD are influenced by the same common genetic variation as in the general population by constructing polygenic risk scores from large genome-wide association studies of psychiatric and neurodegenerative disorders, and of intelligence, and testing for correlation with the presence of psychiatric and cognitive symptoms in a large sample (n=5160) of HD patients. Polygenic risk score for major depression was associated specifically with increased risk of depression in HD, as was schizophrenia risk score with psychosis and irritability. Cognitive impairment and apathy were associated with reduced polygenic risk score for intelligence. In general, polygenic risk scores for psychiatric disorders, particularly depression and schizophrenia, are associated with increased risk of the corresponding psychiatric symptoms in HD, suggesting a common genetic liability. However, the genetic liability to cognitive impairment and apathy appears to be distinct from other psychiatric symptoms in HD. No associations were observed between HD symptoms and risk scores for other neurodegenerative disorders. These data provide a rationale for treatments effective in depression and schizophrenia to be used to treat depression and psychotic symptoms in HD.

Abstract Background Huntington’s disease is caused by an expanded CAG tract in HTT . The length of the CAG tract accounts for over half the variance in age at onset of disease, and is influenced by other genetic factors, mostly implicating the DNA maintenance machinery. We examined a single nucleotide variant, rs79727797, on chromosome 5 in the TCERG1 gene, previously reported to be associated with Huntington’s disease and a quasi-tandem repeat (QTR) hexamer in exon 4 of TCERG1 with a central pure repeat. Methods We developed a novel method for calling perfect and imperfect repeats from exome sequencing data, and tested association between the QTR in TCERG1 and residual age at motor onset (after correcting for the effects of CAG length in the HTT gene) in 610 individuals with Huntington’s disease via regression analysis. Results We found a significant association between age at onset and the sum of the repeat lengths from both alleles of the QTR (p = 2.1×10 −9 ), with each added repeat hexamer reducing age at onset by one year (95% confidence interval [0.7, 1.4]). This association explained that previously observed with rs79727797. Conclusions The association with age at onset in the genome-wide association study is due to a QTR hexamer in TCERG1 , translated to a glutamine/alanine tract in the protein. We could not distinguish whether this was due to cis-effects of the hexamer repeat on gene expression or of the encoded glutamine/alanine tract in the protein. These results motivate further study of the mechanisms by which TCERG1 modifies onset of HD.

Abstract Objective To assess the prevalence, timing and functional impact of psychiatric, cognitive and motor abnormalities in Huntington’s disease (HD) gene carriers, we analysed retrospective clinical data from individuals with manifest HD. Methods Clinical features of HD patients were analysed for 6316 individuals in the European REGISTRY study from 161 sites across 17 countries. Data came from clinical history and the patient-completed Clinical Characteristics Questionnaire that assessed eight symptoms: motor, cognitive, apathy, depression, perseverative/obsessive behavior, irritability, violent/aggressive behavior, and psychosis. Multiple logistic regression was used to analyse relationships between symptoms and functional outcomes. Results The initial manifestation of HD is increasingly likely to be motor, and less likely to be psychiatric, as age at presentation increases, and is independent of pathogenic CAG repeat length. The Clinical Characteristics Questionnaire captures data on non-motor symptom prevalence that correlate specifically with validated clinical measures. Psychiatric and cognitive symptoms are common in HD gene carriers, with earlier onsets associated with longer CAG repeats. 42.4% of HD patients reported at least one psychiatric or cognitive symptom before motor symptoms, with depression most common. Each non-motor symptom was associated with significantly reduced total functional capacity scores. Conclusions Psychiatric and cognitive symptoms are common and functionally debilitating in HD gene carriers. They require recognition and targeting with clinical outcome measures and treatments. However, as it is impossible to distinguish confidently between non-motor symptoms arising from HD and primary psychiatric disorders, particularly in younger pre-manifest patients, non-motor symptoms should not be used to make a clinical diagnosis of HD.

A novel POLARIS gene-based analysis approach was employed to compute gene-based polygenic risk score (PRS) for all individuals in the latest HRC imputed GERAD (N cases=3332 and N controls=9,832) data using the International Genomics of Alzheimer's Project summary statistics (N cases=13676 and N controls= 27322, excluding GERAD subjects) to identify the SNPs and weight their risk alleles for the PRS score. SNPs were assigned to known, protein coding genes using GENCODE (v19). SNPs are assigned using both 1) no window around the gene and 2) a window of 35kb upstream and 10kb downstream to include transcriptional regulatory elements. The overall association of a gene is determined using a logistic regression model, adjusting for population covariates. Three novel gene wide significant genes were determined for the POLARIS gene-based analysis using a gene window; PPARGC1A, RORA and ZNF423. The ZNF432 gene resides in an Alzheimer's disease (AD) specific protein network which also includes other AD-related genes. The PPARGC1A gene has been linked to energy metabolism and the generation of amyloid beta plaques and the RORA has strong links with genes which are differentially expressed in the hippocampus. We also demonstrate no enrichment for genes in either loss of function intolerant or conserved noncoding sequence regions.

Genetic studies of schizophrenia (SCZ) have now implicated numerous genomic loci that contribute to risk including several copy number variants (CNV) of large effect and hundreds of associated loci of small effect. However, in only a few cases has a specific gene been clearly identified. Rare CNV that affect only a single gene offer a potential avenue to discovering specific SCZ risk genes. Here, we use CNV generated from exome-sequencing of 4,913 SCZ cases and 6,188 controls in a homogenous Swedish cohort to assess the contribution of single-gene deletions and duplications to SCZ risk. As previously seen, we found an excess of rare deletions (p = 0.0004) and duplications (p = 0.0006) in SCZ cases compared to controls. When limiting to only single-gene CNV we identified nominally significant excess of deletions (p = 0.04) and duplications (p = 0.03). In an effort to increase the number of single-gene CNV, we reduced strict filtering criteria but required support from two independent CNV calling methods to create an expanded set that showed a significant burden of deletions in 11 out of 22 gene sets previously implicated in SCZ and in the combined set of genes across those sets (p = 0.008). Finally, for the significantly enriched set of voltage-gated calcium channels, we performed an extensive validation of all deletions generated from exome-sequencing as well as any deletion with evidence from previously analyzed genotyping arrays. In total, 4 exonic, single-gene deletions validated in cases and none in controls (p = 0.039), of which all were identified by exome-sequencing. Broadly, these results point to the potential contribution of single-gene CNV to SCZ and the added value of a deeper dive into CNV calls from exome-sequencing.