Background —The congenital long-QT syndrome (LQTS) is caused by mutations on several genes, all of which encode cardiac ion channels. The progressive understanding of the electrophysiological consequences of these mutations opens unforeseen possibilities for genotype-phenotype correlation studies. Preliminary observations suggested that the conditions (“triggers”) associated with cardiac events may in large part be gene specific. Methods and Results —We identified 670 LQTS patients of known genotype (LQT1, n=371; LQT2, n=234; LQT3, n=65) who had symptoms (syncope, cardiac arrest, sudden death) and examined whether 3 specific triggers (exercise, emotion, and sleep/rest without arousal) differed according to genotype. LQT1 patients experienced the majority of their events (62%) during exercise, and only 3% occurred during rest/sleep. These percentages were almost reversed among LQT2 and LQT3 patients, who were less likely to have events during exercise (13%) and more likely to have events during rest/sleep (29% and 39%). Lethal and nonlethal events followed the same pattern. Corrected QT interval did not differ among LQT1, LQT2, and LQT3 patients (498, 497, and 506 ms, respectively). The percent of patients who were free of recurrence with β-blocker therapy was higher and the death rate was lower among LQT1 patients (81% and 4%, respectively) than among LQT2 (59% and 4%, respectively) and LQT3 (50% and 17%, respectively) patients. Conclusions —Life-threatening arrhythmias in LQTS patients tend to occur under specific circumstances in a gene-specific manner. These data allow new insights into the mechanisms that relate the electrophysiological consequences of mutations on specific genes to clinical manifestations and offer the possibility of complementing traditional therapy with gene-specific approaches.

Algorithms designed to identify canonical yeast prions predict that around 250 human proteins, including several RNA-binding proteins associated with neurodegenerative disease, harbour a distinctive prion-like domain (PrLD) enriched in uncharged polar amino acids and glycine. PrLDs in RNA-binding proteins are essential for the assembly of ribonucleoprotein granules. However, the interplay between human PrLD function and disease is not understood. Here we define pathogenic mutations in PrLDs of heterogeneous nuclear ribonucleoproteins (hnRNPs) A2B1 and A1 in families with inherited degeneration affecting muscle, brain, motor neuron and bone, and in one case of familial amyotrophic lateral sclerosis. Wild-type hnRNPA2 (the most abundant isoform of hnRNPA2B1) and hnRNPA1 show an intrinsic tendency to assemble into self-seeding fibrils, which is exacerbated by the disease mutations. Indeed, the pathogenic mutations strengthen a ‘steric zipper’ motif in the PrLD, which accelerates the formation of self-seeding fibrils that cross-seed polymerization of wild-type hnRNP. Notably, the disease mutations promote excess incorporation of hnRNPA2 and hnRNPA1 into stress granules and drive the formation of cytoplasmic inclusions in animal models that recapitulate the human pathology. Thus, dysregulated polymerization caused by a potent mutant steric zipper motif in a PrLD can initiate degenerative disease. Related proteins with PrLDs should therefore be considered candidates for initiating and perhaps propagating proteinopathies of muscle, brain, motor neuron and bone. The identification of pathogenic mutations within prion-like domains (PrLDs) of the RNA-binding proteins hnRNPA2B1 and hnRNPA1 add to our understanding of how mutations in these proteins lead to degenerative disease, and highlight the potential importance of PrLDs in degenerative diseases of the nervous system, muscle and bone. How do mutations in RNA-binding proteins cause human disease, and neurodegeneration in particular? Hong Joo Kim et al. have identified mutations in two RNA-binding proteins, hnRNPA2B1 and hnRNPA1, in two families with inclusion body myopathy with frontotemporal dementia. Both of the mutations lie within a highly conserved part of a protein domain that has similarities to prion proteins, and a tendency to aggregate. This aggregation is enhanced by the mutations. The mutated prion-like domain of hnRNPA2 can functionally replace that of a yeast prion protein and reproduce its prion-like behaviour. These findings have relevance to the pathogenesis of degenerative diseases and proteinopathies such as amyotrophic lateral sclerosis.

Ferroportin (SLC40A1) is an iron transporter postulated to play roles in intestinal iron absorption and cellular iron release. Hepcidin, a regulatory peptide, binds to ferroportin and causes it to be internalized and degraded. If ferroportin is the major cellular iron exporter, ineffective hepcidin function could explain manifestations of human hemochromatosis disorders. To investigate this, we inactivated the murine ferroportin (Fpn) gene globally and selectively. Embryonic lethality of Fpn(null/null) animals indicated that ferroportin is essential early in development. Rescue of embryonic lethality through selective inactivation of ferroportin in the embryo proper suggested that ferroportin has an important function in the extraembryonic visceral endoderm. Ferroportin-deficient animals accumulated iron in enterocytes, macrophages, and hepatocytes, consistent with a key role for ferroportin in those cell types. Intestine-specific inactivation of ferroportin confirmed that it is critical for intestinal iron absorption. These observations define the major sites of ferroportin activity and give insight into hemochromatosis.

There is increasing evidence for strong genetic influences on athletic performance and for an evolutionary “trade-off” between performance traits for speed and endurance activities. We have recently demonstrated that the skeletal-muscle actin-binding protein α-actinin-3 is absent in 18% of healthy white individuals because of homozygosity for a common stop-codon polymorphism in the ACTN3 gene, R577X. α-Actinin-3 is specifically expressed in fast-twitch myofibers responsible for generating force at high velocity. The absence of a disease phenotype secondary to α-actinin-3 deficiency is likely due to compensation by the homologous protein, α-actinin-2. However, the high degree of evolutionary conservation of ACTN3 suggests function(s) independent of ACTN2. Here, we demonstrate highly significant associations between ACTN3 genotype and athletic performance. Both male and female elite sprint athletes have significantly higher frequencies of the 577R allele than do controls. This suggests that the presence of α-actinin-3 has a beneficial effect on the function of skeletal muscle in generating forceful contractions at high velocity, and provides an evolutionary advantage because of increased sprint performance. There is also a genotype effect in female sprint and endurance athletes, with higher than expected numbers of 577RX heterozygotes among sprint athletes and lower than expected numbers among endurance athletes. The lack of a similar effect in males suggests that the ACTN3 genotype affects athletic performance differently in males and females. The differential effects in sprint and endurance athletes suggests that the R577X polymorphism may have been maintained in the human population by balancing natural selection. There is increasing evidence for strong genetic influences on athletic performance and for an evolutionary “trade-off” between performance traits for speed and endurance activities. We have recently demonstrated that the skeletal-muscle actin-binding protein α-actinin-3 is absent in 18% of healthy white individuals because of homozygosity for a common stop-codon polymorphism in the ACTN3 gene, R577X. α-Actinin-3 is specifically expressed in fast-twitch myofibers responsible for generating force at high velocity. The absence of a disease phenotype secondary to α-actinin-3 deficiency is likely due to compensation by the homologous protein, α-actinin-2. However, the high degree of evolutionary conservation of ACTN3 suggests function(s) independent of ACTN2. Here, we demonstrate highly significant associations between ACTN3 genotype and athletic performance. Both male and female elite sprint athletes have significantly higher frequencies of the 577R allele than do controls. This suggests that the presence of α-actinin-3 has a beneficial effect on the function of skeletal muscle in generating forceful contractions at high velocity, and provides an evolutionary advantage because of increased sprint performance. There is also a genotype effect in female sprint and endurance athletes, with higher than expected numbers of 577RX heterozygotes among sprint athletes and lower than expected numbers among endurance athletes. The lack of a similar effect in males suggests that the ACTN3 genotype affects athletic performance differently in males and females. The differential effects in sprint and endurance athletes suggests that the R577X polymorphism may have been maintained in the human population by balancing natural selection. The α-actinins are a family of actin-binding proteins related to dystrophin. In humans, there are two genes encoding skeletal-muscle α-actinins: ACTN2 (MIM 102573), which is expressed in all fibers, and ACTN3 (MIM 102574), which is restricted to fast (type 2) fibers. The sarcomeric α-actinins are major components of the Z line, where they crosslink actin thin filaments; they likely perform a static function in maintaining the ordered myofibrillar array, as well as a regulatory function in coordinating myofiber contraction (Blanchard et al. Blanchard et al., 1989Blanchard A Ohanian V Critchley D The structure and function of α-actinin.J Muscle Res Cell Motil. 1989; 10: 280-289Crossref PubMed Scopus (306) Google Scholar; Mills et al. Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar). We have recently demonstrated that α-actinin-3 deficiency is common in the general population and is due to homozygosity for a premature stop codon in ACTN3 (R577X) (North et al. North et al., 1999North KN Yang N Wattanasirichaigoon D Mills M Easteal S Beggs AH A common nonsense mutation results in α-actinin-3 deficiency in the general population.Nat Genet. 1999; 21: 353-354Crossref PubMed Scopus (276) Google Scholar). It is likely that α-actinin-2 is able to “compensate” for the absence of α-actinin-3 in type 2 fibers, although there is no upregulation of α-actinin-2 levels in response to α-actinin-3 deficiency (authors' unpublished observations). However, there is strong evidence to suggest that ACTN3 has been maintained in the genome because of function(s) independent of ACTN2: ACTN3 sequence has remained highly conserved, in evolutionary terms, since its divergence from ACTN2 >300 million years ago; α-actinin-2 and α-actinin-3 are differentially expressed, spatially and temporally, during embryonic development; and ACTN2 expression does not completely overlap ACTN3 in mouse postnatal skeletal muscle (Mills et al. Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar). In addition, the frequency of the α-actinin-3–deficient genotype (577XX) varies from 25% in Asian populations to <1% in an African Bantu population; the frequency in Europeans is ∼18%. This raises the possibility that ACTN3 genotype confers differential fitness in humans, under certain environmental conditions. The force-generating capacity of type 2 muscle fibers at high velocity, the speed and tempo of movements, and the capacity of the individual to adapt to exercise training are all strongly genetically influenced (Rankinen et al. Rankinen et al., 2002Rankinen T Perusse L Raurama R Rivera MA Wolfarth B Bouchard C The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2001 update.Med Sci Sports Exerc. 2002; 34: 1219-1233Crossref PubMed Scopus (54) Google Scholar). Thus, we hypothesized that ACTN3 genotype may be one of the factors that influence normal variation in muscle function. Since any effect on muscle function will be most readily observable at the extremes of human performance, we collaborated with the Australian Institute of Sport to study ACTN3 genotype frequencies in elite athletes. We genotyped 436 unrelated white controls from three different sources (150 blood donors, 71 healthy children participating in an unrelated study, and 215 healthy adults participating in a talent-identification program with the Australian Institute of Sport), through use of the genotyping methodology described by Mills et al. (Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar). Sex was known for 292 female controls and 134 male controls. We also genotyped 429 elite white athletes from 14 different sports. Athletes were defined as “elite” if they had represented Australia in their sport at the international level; 50 of the athletes had competed in Olympic Games. This study was approved by the institutional review boards of the Children’s Hospital at Westmead, the University of Sydney, and the Australian Institute of Sport. Given the localization of α-actinin-3 in fast skeletal-muscle fibers, we hypothesized that deficiency of α-actinin-3 would reduce performance in sprint/power events and would therefore be less frequent in elite sprint athletes. To test this hypothesis, we analyzed genotypes of a subset of 107 elite athletes (72 male and 35 female) in our cohort, classified a priori as specialist sprint/power athletes by one of the authors (J.P.G.) at the Australian Institute of Sport, blinded to genotyping results. This group comprised 46 track athletes competing in events of ≤800 m, 42 swimmers competing in events ≤200 m, 9 judo athletes, 7 short-distance track cyclists, and 3 speed skaters. For comparison, we analyzed a subset of 194 subjects (122 male and 72 female) classified independently as specialist endurance athletes, including 77 long-distance cyclists, 77 rowers, 18 swimmers competing over distances of ⩾400 m, 15 track athletes competing in events of ⩾5,000 m, and 7 cross-country skiers. Thirty-two sprint athletes (25 male and 7 female) and 18 endurance athletes (12 male and 6 female) had competed at the Olympic level. Because of the stringency of the classification criteria, 128 of our elite athletes could not be unambiguously assigned into either the sprint/power or endurance groups and were excluded from subsequent analyses. To test for homogeneity of ACTN3 allele and genotype frequencies between athlete and control groups, we used the log-linear modeling approach described by Huttley and Wilson (Huttley and Wilson, 2000Huttley GA Wilson SR Testing for concordant equilibria between population samples.Genetics. 2000; 156: 2127-2135PubMed Google Scholar), implemented in the statistical programming language R (version 1.6.2), through use of the package hwde (contributed by J. Maindonald; available from The R Project for Statistical Computing Web site). χ2 values were estimated using genotype numbers for comparisons between athletes and controls. The genotypic profiles of the three control groups (150 blood donors, 71 healthy children, and 215 healthy adults) did not differ significantly from one another (χ2=0.19; P=.996) nor from a previously genotyped group of 107 white Europeans (Mills et al. Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar), suggesting that the genotype frequencies in our control cohort are representative of the broader white population. ACTN3 genotype frequencies did not vary significantly between male and female control subjects, and, overall, there was no significant deviation from Hardy-Weinberg (H-W) equilibrium. ACTN3 genotyping data from the control, sprint/power, and endurance groups are summarized in table 1 and figure 1. There were no significant allele or genotype frequency differences between the elite athlete group as a whole and the controls. However, when the athletes were divided into sprint/power and endurance groups and compared with controls, there was strong evidence of allele frequency variation (χ2[df=5]=23; P<.001). There were significant allele frequency differences between sprint athletes and controls for both males (χ2[df=1]=14.8; P<.001) and females (χ2[df=1]=7.2; P<.01). Sprint athletes had a lower frequency of the XX (α-actinin-3 null) genotype (6% vs. 18%), and no female elite sprint athletes or sprint Olympians were XX. The sprint athlete group also had a higher frequency of the RR genotype (50% vs. 30%) and a lower frequency of the heterozygous RX genotype (45% vs. 52%), compared with controls. Elite endurance athletes had a slightly higher frequency of the XX genotype (24%) than did controls (18%). Importantly, allele frequencies in sprint and endurance athletes deviated in opposite directions and differed significantly from each other in both males (χ2[df=1]=13.3; P<.001) and females (χ2[df=1]=5.8; P<.05). The differences between the two groups effectively “canceled each other out,” explaining the lack of association when the entire elite athlete cohort was compared with the control group.Table 1Number and Frequency (%) of ACTN3 Genotypes and Frequency (%) of ACTN3 Alleles in Controls and Elite Sprint/Power and Endurance AthletesNo. (%) with GenotypeAllele Frequency (%)Group (n)RRRXXXRXMale: Controls (134)40 (30)73 (54)21 (16)5743 Sprint (72)38 (53)28 (39)6 (8)7228 Endurance (122)34 (28)63 (52)25 (20)5446Female: Controls (292)88 (30)147 (50)57 (20)5545 Sprint (35)15 (43)20 (57)0 (0)7129 Endurance (72)26 (36)25 (35)21 (29)5347Total: Controls (436)130 (30)226 (52)80 (18)5644 Sprint (107)53 (50)48 (45)6 (6)7228 Endurance (194)60 (31)88 (45)46 (24)5446 Open table in a new tab Overall, there was also evidence of genotype variation that is not explained by allele frequency differences (χ2[df=5]=16.7; P<.01). This suggested variation in H-W disequilibrium coefficients among groups, despite there being no evidence for departure from H-W equilibrium overall. The effect was restricted to female sprint (χ2[df=1]=7.4; P<.01) and endurance (χ2[df=1]=6.0; P<.05) athletes, with more heterozygous female sprint athletes than expected at H-W equilibrium (20 vs. 15) and fewer than expected heterozygous female endurance athletes (25 vs. 36). The allele-frequency–independent genotype differences between female sprint and endurance athletes were highly significant (χ2[df=1]=13.8; P<.001). No effect was seen in males, suggesting that the effect of ACTN3 genotype on performance differs between males and females. Our findings suggest that the ACTN3 577R allele provides an advantage for power and sprint activities. No female elite sprint athletes in our sample were α-actinin-3 deficient (compared with 8% of males). In males, the androgen hormone response to training is likely to make a significant contribution to improvements in performance, so that the relative effect of α-actinin-3 on muscle power may be reduced. Interestingly, all male Olympian power athletes in our cohort had at least one copy of the functional R allele of ACTN3 (associated with the presence of α-actinin-3 in skeletal muscle), suggesting that “every variable counts” at the highest levels of sporting competition. Although at least 73 genetic loci have been associated with fitness and performance phenotypes (Rankinen et al. Rankinen et al., 2002Rankinen T Perusse L Raurama R Rivera MA Wolfarth B Bouchard C The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2001 update.Med Sci Sports Exerc. 2002; 34: 1219-1233Crossref PubMed Scopus (54) Google Scholar), ACTN3 is the first structural skeletal-muscle gene for which such an association has been demonstrated. The functional basis for this advantage is likely related to the fact that α-actinin-3 is the predominant fast fiber isoform in both mouse and human (Mills et al. Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar) and may confer a greater capacity for the absorption or transmission of force at the Z line during rapid contraction. Approximately 45% of the variation in fiber type proportions is accounted for by genetic factors (Simoneau and Bouchard Simoneau and Bouchard, 1995Simoneau JA Bouchard C Genetic determinism of fiber type proportion in human skeletal muscle.FASEB J. 1995; 9: 1091-1095PubMed Google Scholar). Sarcomeric α-actinins bind to the gluconeogenic enzyme fructose-1,6-bisphosphatase (Gizak et al. Gizak et al., 2003Gizak A Rakus D Dzugaj A Immunohistochemical localization of human fructose-1,6-bisphosphatase in subcellular structures of myocytes.Histol Histopathol. 2003; 18: 135-142PubMed Google Scholar), to the glycogen phosphorylase amorphin (Chowrashi et al. Chowrashi et al., 2002Chowrashi P Mittal B Sanger JM Sanger JW Amorphin is phosphorylase; phosphorylase is an alpha-actinin-binding protein.Cell Motil Cytoskeleton. 2002; 53: 125-135Crossref PubMed Scopus (36) Google Scholar), and to the calsarcins (Frey et al. Frey et al., 2000Frey N Richardson JA Olson EN Calsarcins, a novel family of sarcomeric calcineurin-binding proteins.Proc Natl Acad Sci USA. 2000; 97: 14632-14637Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar; Frey and Olson Frey and Olson, 2002Frey N Olson EN Calsarcin-3, a novel skeletal muscle-specific member of the calsarcin family, interacts with multiple Z-disc proteins.J Biol Chem. 2002; 277: 13998-14004Crossref PubMed Scopus (148) Google Scholar), which interact with calcineurin, a signaling factor that plays a role in the specification of muscle fiber type (Serrano et al. Serrano et al., 2001Serrano AL Murgia M Pallafacchina G Calabria E Coniglio P Lomo T Schiaffino S Calcineurin controls nerve activity-dependent specification of slow skeletal muscle fibers but not muscle growth.Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98: 13108-13113Crossref PubMed Scopus (211) Google Scholar). Thus, α-actinin-3 may promote the formation of fast-twitch fibers or alter glucose metabolism in response to training. In addition, α-actinin-3 may be evolutionarily optimized for the minimization of damage caused by eccentric muscle contraction. The Z line in fast, glycolytic fibers is the structure most vulnerable to exercise-induced injury resulting in morphological damage and degradation of associated proteins, including the α-actinins (Friden and Lieber Friden and Lieber, 2001Friden J Lieber RL Eccentric exercise-induced injuries to contractile and cytoskeletal muscle fiber components.Acta Physiol Scand. 2001; 171: 321-326Crossref PubMed Google Scholar). We are currently exploring the mechanism by which the presence or absence of α-actinin-3 alters muscle function—and, hence, athletic performance—through the generation and analysis of an Actn3 knockout mouse model. From an evolutionary point of view, the challenge is to explain the high frequency of the 577XX ACTN3 genotype, given the apparent power-performance advantage of the 577RR genotype. One possibility is that the power-performance effect of the 577RR genotype is only manifest in the extreme circumstances of athletic competition, outside the range of normal human activity, and is consequently of minimal evolutionary significance. In this model, the 577X allele could have been selectively neutral during human evolution and become established in the human population by random genetic drift. However, this explanation is difficult to reconcile with the high level of evolutionary conservation that we have previously demonstrated for ACTN3 (North et al. North et al., 1999North KN Yang N Wattanasirichaigoon D Mills M Easteal S Beggs AH A common nonsense mutation results in α-actinin-3 deficiency in the general population.Nat Genet. 1999; 21: 353-354Crossref PubMed Scopus (276) Google Scholar; Mills et al. Mills et al., 2001Mills M Yang N Weinberger R vander Woude DL Beggs AH Easteal S North K Differential expression of the actin-binding proteins, α-actinin-2 and -3, in different species: implications for the evolution of functional redundancy.Hum Mol Genet. 2001; 10: 1335-1346Crossref PubMed Google Scholar). It is also possible that the X allele is selectively neutral but has reached its current frequency because of positive selection on a beneficial polymorphism at a nearby locus (i.e., “genetic hitchhiking”) (Kaplan et al. Kaplan et al., 1989Kaplan NL Hudson RR Langley CH The “hitchhiking effect” revisited.Genetics. 1989; 123: 887-899PubMed Google Scholar). This hypothetical variant would need to be in strong linkage disequilibrium with 577X to result in the strong association observed in our study; however, it would be unlikely to reside within the ACTN3 gene itself, since the 577X polymorphism results in deficiency of the α-actinin-3 protein. The distance over which “useful” linkage disequilibrium extends varies considerably between loci (Reich et al. Reich et al., 2001Reich DE Cargill M Bolk S Ireland J Sabeti PC Richter DJ Layery T Kouyoumjian R Farhadian SF Ward R Lander ES Linkage disequilibrium in the human genome.Nature. 2001; 411: 199-204Crossref PubMed Scopus (1289) Google Scholar); however, a distance of 10 kb has been proposed as a rough average value on the basis of population modeling (Ardlie et al. Ardlie et al., 2002Ardlie KG Kruglyak L Seielstad M Patterns of linkage disequilibrium in the human genome.Nat Rev Genet. 2002; 3: 299-309Crossref PubMed Scopus (794) Google Scholar). The only identified gene other than ACTN3 in the 20-kb region centered on the R577X polymorphism is the CTSF gene (MIM 603539), which encodes the papain-like cysteine protease cathepsin F (Wang et al. Wang et al., 1998Wang B Shi GP Yao PM Li Z Chapman HA Bromme D Human cathepsin F: molecular cloning, functional expression, tissue localization, and enzymatic characterization.J Biol Chem. 1998; 273: 32000-32008Crossref PubMed Scopus (129) Google Scholar). The dbSNP Home Page identifies nine polymorphic sites within the CTSF gene, none of which alter the amino acid sequence of the encoded protein. Furthermore, the only characterized function of cathepsin F is related to antigen processing in macrophages (Shi et al. Shi et al., 2000Shi GP Bryant RAR Riese R Verhelst S Driessen C Li Z Bromme D Ploegh HL Chapman HA Role for cathepsin F in invariant chain processing and major histocompatibility complex class II peptide loading by macrophages.J Exp Med. 2000; 191: 1177-1186Crossref PubMed Scopus (191) Google Scholar), making it an unconvincing candidate for influencing athletic performance. Although we cannot completely rule out that variations in CTSF or in other, more distant genes have influenced our results, it is more likely that the R577X polymorphism is directly responsible for the observed association with elite athletic performance. The evolutionary model most consistent with our results is one in which 577XX genotype has been acted on by positive natural selection. Our data demonstrate a trend toward a higher frequency of the XX genotype in endurance athletes, although the association reached statistical significance only in females; the frequency of the 577RX genotype was also lower in female elite endurance athletes than in female controls (35% vs. 50%). However, the effect may be stronger than is indicated by these results, since a specific allelic association may be difficult to detect in a heterogeneous cohort of mixed athletic disciplines. If the 577XX genotype enhances endurance performance as the 577R allele appears to enhance sprint ability, then the 577R and 577X alleles may be maintained in the population because they both confer selective advantages under different environmental conditions and are thus kept at high population frequencies by balancing selection. We are currently studying the frequency of alleles and the pattern of genetic polymorphisms flanking the R577X locus in different human populations, to determine the origin of the X allele and to identify the form and magnitude of any selective pressures that have acted on the R577X locus. Distinct beneficial effects on sprint and endurance athletic performance by different genotypes at a single locus have also been observed in studies of the gene encoding angiotensin-converting enzyme (ACE). The ACE gene has two alleles, termed “I” and “D”; the I allele is associated with lower ACE activity in both serum and tissue (Rieder et al. Rieder et al., 1999Rieder MJ Taylor SL Clark AG Nickerson DA Sequence variation in the human angiotensin converting enzyme.Nat Genet. 1999; 22: 59-62Crossref PubMed Scopus (393) Google Scholar). An increased frequency of the ACE I allele has been observed in elite endurance athletes (Gayagay et al. Gayagay et al., 1998Gayagay G Yu B Hambly B Boston T Hahn A Celermajer DS Trent RJ Elite endurance athletes and the ACE I allele—the role of genes in athletic performance.Hum Genet. 1998; 103: 48-50Crossref PubMed Scopus (289) Google Scholar; Montgomery et al. Montgomery et al., 1998Montgomery H Marshall R Hemingway H Myerson S Clarkson P Dollery C Hayward M Holliman D Jubb M World M Thomas E Brynes A Saeed N Barnard M Bell J Prasad K Rayson M Talmud P Humphries S Human gene for physical performance.Nature. 1998; 393: 221-222Crossref PubMed Scopus (430) Google Scholar; Myerson et al. Myerson et al., 1999Myerson S Hemingway H Budget R Martin J Humphries S Montgomery H Human angiotensin I-converting enzyme gene and endurance performance.J Appl Physiol. 1999; 87: 1313-1316PubMed Google Scholar; Nazarov et al. Nazarov et al., 2001Nazarov IB Woods DR Montgomery HE Shneider OV Kazakov VI Tomilin NV Rogozkin VA The angiotensin converting enzyme I/D polymorphism in Russian athletes.Eur J Hum Genet. 2001; 9: 797-801Crossref PubMed Scopus (170) Google Scholar). Conversely, an increased frequency of the ACE D allele has been associated with elite sprint performance (Myerson et al. Myerson et al., 1999Myerson S Hemingway H Budget R Martin J Humphries S Montgomery H Human angiotensin I-converting enzyme gene and endurance performance.J Appl Physiol. 1999; 87: 1313-1316PubMed Google Scholar; Nazarov et al. Nazarov et al., 2001Nazarov IB Woods DR Montgomery HE Shneider OV Kazakov VI Tomilin NV Rogozkin VA The angiotensin converting enzyme I/D polymorphism in Russian athletes.Eur J Hum Genet. 2001; 9: 797-801Crossref PubMed Scopus (170) Google Scholar; Woods et al. Woods et al., 2001Woods D Hickman M Jamshidi Y Brull D Vassiliou V Jones A Humphries S Montgomery H Elite swimmers and the D allele of the ACE I/D polymorphism.Hum Genet. 2001; 108: 230-232Crossref PubMed Scopus (151) Google Scholar). The absence of a correlation between the ACE I/D polymorphism and performance in other studies of elite athletes (Taylor et al. Taylor et al., 1999Taylor RR Mamotte CDS Fallon K van Bockxmeer FM Elite athletes and the gene for angiotensin-converting enzyme.J Appl Physiol. 1999; 87: 1035-1037PubMed Google Scholar; Rankinen et al. Rankinen et al., 2000Rankinen T Wolfarth B Simoneau JA Maier-Lenz D Rauramaa R Rivera MA Boulay MR Chagnon YC Perusse L Keul J Bouchard C No association between the angiotensin-converting enzyme ID polymorphism and elite endurance athlete status.J Appl Physiol. 2000; 88: 1571-1575PubMed Google Scholar) may be explained by the failure of these studies to adequately restrict their subjects to well-defined categories according to area of specialist performance, so that the allelic association is “canceled out” (Nazarov et al. Nazarov et al., 2001Nazarov IB Woods DR Montgomery HE Shneider OV Kazakov VI Tomilin NV Rogozkin VA The angiotensin converting enzyme I/D polymorphism in Russian athletes.Eur J Hum Genet. 2001; 9: 797-801Crossref PubMed Scopus (170) Google Scholar). It is likely that there is a “trade-off” between sprint and endurance traits that imposes important constraints on the evolution of physical performance in humans and other vertebrates (Garland et al. Garland et al., 1990Garland Jr, T Bennett AF Daniels CB Heritability of locomotor performance and its correlates in a natural population.Experientia. 1990; 46: 530-533Crossref Scopus (91) Google Scholar). This hypothesis is supported by recent data from world-class decathletes, which demonstrated that performance in the 100-m sprint, shot put, long jump, and 110-m hurdles (which rely on explosive power and fast fatigue-susceptible muscle fibers) is negatively correlated with performance in the 1,500-m race (which requires endurance and fatigue-resistant slow fiber activity) (Van Damme et al. Van Damme et al., 2002Van Damme R Wilson RS Vanhooydonck B Aerts P Performance constraints in decathletes.Nature. 2002; 415: 755-756Crossref PubMed Scopus (115) Google Scholar). This suggests that an individual is inherently predisposed toward specialist performance in one area (sprint/power vs. endurance). In humans, this appears to have been achieved, in part, through the maintenance of genetic variation by balancing natural selection. The result is that there are genetic differences among individuals, such as we have demonstrated for the ACTN3 locus, that may be useful predictors of athletic performance at the elite level. We are grateful to J. Maindonald, for assistance in implementing the hwde package in R, and to Professor Ron Trent and Dr. Bing Yu, for provision of athlete DNA samples.

Inflammatory myofibroblastic tumors (IMTs) are neoplastic mesenchymal proliferations featuring an inflammatory infiltrate composed primarily of lymphocytes and plasma cells. The myofibroblastic cells in some IMTs contain chromosomal rearrangements involving the ALK receptor tyrosine-kinase locus region (chromosome band 2p23). ALK-which is normally restricted in its expression to neural tissues-is expressed strikingly in the IMT cells with 2p23 rearrangements. We now report a recurrent oncogenic mechanism, in IMTs, in which tropomyosin (TPM) N-terminal coiled-coil domains are fused to the ALK C-terminal kinase domain. We have cloned two ALK fusion genes, TPM4-ALK and TPM3-ALK, which encode approximately 95-kd fusion oncoproteins characterized by constitutive kinase activity and tyrosylphosphorylation. Immunohistochemical and molecular correlations, in other IMTs, implicate non-TPM ALK oncoproteins that are predominantly cytoplasmic or pre- dominantly nuclear, presumably depending on the subcellular localization of the ALK fusion partner. Notably, a TPM3-ALK oncogene was reported recently in anaplastic lymphoma, and TPM3-ALK is thereby the first known fusion oncogene that transforms, in vivo, both mesenchymal and lymphoid human cell lineages.

Transcriptome sequencing improves the diagnostic rate for Mendelian disease in patients for whom genetic analysis has not returned a diagnosis.

Timothy syndrome (TS) is a multisystem disorder that causes syncope and sudden death from cardiac arrhythmias. Prominent features include congenital heart disease, immune deficiency, intermittent hypoglycemia, cognitive abnormalities, and autism. All TS individuals have syndactyly (webbing of fingers and toes). We discovered that TS resulted from a recurrent, de novo cardiac L-type calcium channel (Ca V 1.2) mutation, G406R. G406 is located in alternatively spliced exon 8A, encoding transmembrane segment S6 of domain I. Here, we describe two individuals with a severe variant of TS (TS2). Neither child had syndactyly. Both individuals had extreme prolongation of the QT interval on electrocardiogram, with a QT interval corrected for heart rate ranging from 620 to 730 ms, causing multiple arrhythmias and sudden death. One individual had severe mental retardation and nemaline rod skeletal myopathy. We identified de novo missense mutations in exon 8 of Ca V 1.2 in both individuals. One was an analogous mutation to that found in exon 8A in classic TS, G406R. The other mutation was G402S. Exon 8 encodes the same region as exon 8A, and the two are mutually exclusive. The spliced form of Ca V 1.2 containing exon 8 is highly expressed in heart and brain, accounting for ≈80% of Ca V 1.2 mRNAs. G406R and G402S cause reduced channel inactivation, resulting in maintained depolarizing L-type calcium currents. Computer modeling showed prolongation of cardiomyocyte action potentials and delayed afterdepolarizations, factors that increase risk of arrhythmia. These data indicate that gain-of-function mutations of Ca V 1.2 exons 8 and 8A cause distinct forms of TS.