ABSTRACT Objective Hexanucleotide repeat expansions in the C9orf72 gene are the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). A large body of evidence implicates DPRs as one of the main drivers of neuronal injury in cell and animal models. Methods A pure repeat-associated non-AUG (RAN) translation zebrafish model of C9orf72-ALS/FTD was generated. Embryonic and adult transgenic zebrafish lysates were investigated for the presence of RAN-translated DPR species and adult-onset motor deficits. Using C9orf72 cell models as well as embryonic C9orf72-ALS/FTD zebrafish, hypothermic-therapeutic temperature management (TTM) was explored as a potential therapeutic option for C9orf72-ALS/FTD. Results Here we describe a pure RAN translation zebrafish model of C9orf72-ALS/FTD that exhibits significant RAN-translated DPR pathology and progressive motor decline. We further demonstrate that hypothermic-TTM results in a profound reduction in DPR species in C9orf72-ALS/FTD cell models as well as embryonic C9orf72-ALS/FTD zebrafish. Interpretation The transgenic model detailed in this paper provides a medium throughput in vivo research tool to further investigate the role of RAN-translation in C9orf72-ALS/FTD and further understand the mechanisms that underpin neuroprotective strategies. Hypothermic-TTM presents a viable therapeutic avenue to explore in the context of C9orf72-ALS/FTD.

Abstract The most common genetic cause of both frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a G 4 C 2 repeat expansion in intron 1 of the C9orf72 gene. This repeat expansion undergoes bidirectional transcription to produce sense and antisense repeat RNA species. Both sense and antisense-derived repeat RNAs undergo repeat-associated non-AUG translation in all reading frames to generate five distinct dipeptide repeat proteins (DPRs). Importantly, toxicity has been associated with both sense and antisense repeat-derived RNA and DPRs. This suggests targeting both sense and antisense repeat RNA may provide the most effective therapeutic strategy. The RNA-targeting CRISPR-Cas13 systems offer a promising avenue for simultaneous targeting of multiple RNA transcripts, as they mature their own guide arrays, thus allowing targeting of more than one RNA species from a single construct. We show that CRISPR-Cas13d originating from Ruminococcus flavefaciens (CasRx) can successfully reduce C9orf72 sense and antisense repeat transcripts and DPRs to background levels in HEK cells overexpressing C9orf72 repeats. CRISPR-CasRx also markedly reduced the endogenous sense and antisense repeat RNAs and DPRs in three independent C9orf72 patient-derived iPSC-neuron lines, without detectable off-target effects. To determine whether CRISPR-CasRx is effective in vivo , we treated two distinct C9orf72 repeat mouse models using AAV delivery and observed a significant reduction in both sense and antisense repeat-containing transcripts. Taken together this work highlights the potential for RNA-targeting CRISPR systems as therapeutics for C9orf72 ALS/FTD.