Abstract The expanded HTT CAG repeat causing Huntington’s disease (HD) exhibits somatic expansion proposed to drive the rate of disease onset by eliciting a pathological process that ultimately claims vulnerable cells. To gain insight into somatic expansion in humans, we performed comprehensive quantitative analyses of CAG expansion in ~50 central nervous system (CNS) and peripheral postmortem tissues from seven adult-onset and one juvenile-onset HD individual. We also assessed ATXN1 CAG repeat expansion in brain regions of an individual with a neurologically and pathologically distinct repeat expansion disorder, spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1). Our findings reveal similar profiles of tissue instability in all HD individuals, which, notably, were also apparent in the SCA1 individual. CAG expansion was observed in all tissues, but to different degrees, with multiple cortical regions and neostriatum tending to have the greatest instability in the CNS, and liver in the periphery. These patterns indicate different propensities for CAG expansion contributed by disease locus-independent trans-factors and demonstrate that expansion per se is not sufficient to cause cell type or disease-specific pathology. Rather, pathology may reflect distinct toxic processes triggered by different repeat lengths across cell types and diseases. We also find that the HTT CAG length-dependent expansion propensity of an individual is reflected in all tissues and in cerebrospinal fluid. Our data indicate that peripheral cells may be a useful source to measure CAG expansion in biomarker assays for therapeutic efforts, prompting efforts to dissect underlying mechanisms of expansion that may differ between the brain and periphery.

Abstract Categorizing people with late-onset Alzheimer’s disease into biologically coherent subgroups is important for personalized medicine. We evaluated data from five studies (total n=4 050, of whom 2 431 had genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data). We assigned people to cognitively-defined subgroups on the basis of relative performance in memory, executive functioning, visuospatial functioning, and language at the time of Alzheimer’s disease diagnosis. We compared genotype frequencies for each subgroup to those from cognitively normal elderly controls. We focused on APOE and on SNPs with p<10 -5 and odds ratios more extreme than those previously reported for Alzheimer’s disease (<0.77 or >1.30). There was substantial variation across studies in the proportions of people in each subgroup. In each study, higher proportions of people with isolated substantial relative memory impairment had ≥1 APOE e4 allele than any other subgroup (overall p= 1.5 × 10 -27 ). Across subgroups, there were 33 novel suggestive loci across the genome with p<10 -5 and an extreme OR compared to controls, of which none had statistical evidence of heterogeneity and 30 had ORs in the same direction across all datasets. These data support the biological coherence of cognitively-defined subgroups and nominate novel genetic loci.

Frontotemporal dementia (FTD) and Alzheimer's disease are the most common forms of early-onset dementia. Dominantly inherited mutations in

Abstract The SORL1 gene has recently emerged as a strong Alzheimer’s Disease (AD) risk gene. Over 500 different variants have been identified in the gene and the contribution of individual variants to AD development and progression is still largely unknown. Here, we describe a family consisting of 2 parents and 5 offspring. Both parents were affected with dementia and one had confirmed AD pathology with an age of onset >75 years. All offspring were affected with AD with ages at onset ranging from 53yrs-74yrs. DNA was available from the parent with confirmed AD and 5 offspring. We identified a coding variant, p.(Arg953Cys), in SORL1 in 5 of 6 individuals affected by AD. Notably, variant carriers had severe AD pathology, and the SORL1 variant segregated with TDP-43 pathology (LATE-NC). We further characterized this variant and show that this Arginine substitution occurs at a critical position in the YWTD-domain of the SORL1 translation product, SORL1. Functional studies further show that the p.R953C variant leads to retention of the SORL1 protein in the endoplasmic reticulum which leads to decreased maturation and shedding of the receptor and prevents its normal endosomal trafficking. Together, our analysis suggests that p.R953C is a pathogenic variant of SORL1 and sheds light on mechanisms of how missense SORL1 variants may lead to AD.

Abstract Spinocerebellar ataxia type 8 (SCA8), a dominantly inherited neurodegenerative disorder caused by a CTG•CAG expansion, is unusual because most individuals that carry the mutation do not develop ataxia. To understand the variable penetrance of SCA8 we studied the molecular differences between highly penetrant families and more common sporadic cases (82%) using a large cohort of SCA8 families (N=77). We show that repeat expansion mutations from individuals with two or more affected family members have CCG•CGG interruptions at a higher frequency than sporadic SCA8 cases and that the number of CCG•CGG interruptions correlates with age at onset. At the molecular level, CCG•CGG interruptions increase RNA hairpin stability and steady state levels of SCA8 RAN polyAla and polySer proteins. Additionally, the CCG•CGG interruptions, which encode arginine interruptions in the polyGln frame increase the toxicity of the resulting proteins. In summary, CCG•CGG interruptions increase polyAla and polySer RAN protein levels, polyGln protein toxicity and disease penetrance and provide novel insight into the molecular differences between SCA8 families with high vs. low disease penetrance.

The R47H variant in the microglial TREM2 receptor is a strong risk factor for Alzheimer's disease (AD). Loss-of-function mutations in TREM2 or its adaptor TYROBP cause polycystic lipomembranous osteodysplasia with sclerosing leukoencephalopathy, a systemic disease with early onset dementia. To characterize processes affected by the R47H we performed integrative network analysis of genes expressed in brains of AD patients with TREM2 R47H and sporadic AD without the TREM2 variant. In AD patients with TREM2 R47H we identified upregulation of interferon type I response and pro-inflammatory pathways, accompanied by induction of NKG2D stress ligands. In contrast, sporadic AD brains had few perturbed microglial and immune genes. In a human myeloid cell line, THP1, overexpression of normal TREM2 or its knockout revealed a profound effect of TREM2 dosage on gene networks. The effect of TREM2 R47H was complex, consistent with a partial loss of activity in conjunction with some dominant effect on pathways related to vasculature and angiogenesis. Changing the dosage of normal TREM2 in THP1 cells affected the IFN type 1 response signature, however, overexpression of TREM2 R47H was not sufficient to stimulate this pathway. We conclude that TREM2 is involved in control of the IFN type I response in myeloid cells and that its activation in TREM2 R47H AD brains is likely due to a reduced dosage of the normal TREM2 allele. Our findings indicate existence of a microglia-driven AD subtype caused by malfunction of TREM2 and possibly other genes of its network that is distinguished by gene expression phenotype.