Background Alzheimer's disease is a common debilitating dementia with known heritability, for which 20 late onset susceptibility loci have been identified, but more remain to be discovered. This study sought to identify new susceptibility genes, using an alternative gene-wide analytical approach which tests for patterns of association within genes, in the powerful genome-wide association dataset of the International Genomics of Alzheimer's Project Consortium, comprising over 7 m genotypes from 25,580 Alzheimer's cases and 48,466 controls. Principal Findings In addition to earlier reported genes, we detected genome-wide significant loci on chromosomes 8 (TP53INP1, p = 1.4×10−6) and 14 (IGHV1-67 p = 7.9×10−8) which indexed novel susceptibility loci. Significance The additional genes identified in this study, have an array of functions previously implicated in Alzheimer's disease, including aspects of energy metabolism, protein degradation and the immune system and add further weight to these pathways as potential therapeutic targets in Alzheimer's disease.

Huntington's disease (HD) pathology is well understood at a histological level but a comprehensive molecular analysis of the effect of the disease in the human brain has not previously been available. To elucidate the molecular phenotype of HD on a genome-wide scale, we compared mRNA profiles from 44 human HD brains with those from 36 unaffected controls using microarray analysis. Four brain regions were analyzed: caudate nucleus, cerebellum, prefrontal association cortex [Brodmann's area 9 (BA9)] and motor cortex [Brodmann's area 4 (BA4)]. The greatest number and magnitude of differentially expressed mRNAs were detected in the caudate nucleus, followed by motor cortex, then cerebellum. Thus, the molecular phenotype of HD generally parallels established neuropathology. Surprisingly, no mRNA changes were detected in prefrontal association cortex, thereby revealing subtleties of pathology not previously disclosed by histological methods. To establish that the observed changes were not simply the result of cell loss, we examined mRNA levels in laser-capture microdissected neurons from Grade 1 HD caudate compared to control. These analyses confirmed changes in expression seen in tissue homogenates; we thus conclude that mRNA changes are not attributable to cell loss alone. These data from bona fide HD brains comprise an important reference for hypotheses related to HD and other neurodegenerative diseases.

The transcription factor REST silences neuronal gene expression in non-neuronal cells. In neurons, the protein is sequestered in the cytoplasm in part through binding to huntingtin. Polyglutamine expansions in huntingtin, which causes Huntington's disease (HD), abrogates REST-huntingtin binding. Consequently, REST translocates to the nucleus, occupies RE1 repressor sequences and decreases neuronal gene expression. In this work, we found that levels of several microRNAs (miRNAs) with upstream RE1 sites are decreased in HD patient cortices relative to healthy controls. Interestingly, one of these, the bifunctional brain enriched miR-9/miR-9*, targets two components of the REST complex: miR-9 targets REST and miR-9* targets CoREST. These data provide evidence for a double negative feedback loop between the REST silencing complex and the miRNAs it regulates.

Background Late Onset Alzheimer's disease (LOAD) is the leading cause of dementia. Recent large genome-wide association studies (GWAS) identified the first strongly supported LOAD susceptibility genes since the discovery of the involvement of APOE in the early 1990s. We have now exploited these GWAS datasets to uncover key LOAD pathophysiological processes. Methodology We applied a recently developed tool for mining GWAS data for biologically meaningful information to a LOAD GWAS dataset. The principal findings were then tested in an independent GWAS dataset. Principal Findings We found a significant overrepresentation of association signals in pathways related to cholesterol metabolism and the immune response in both of the two largest genome-wide association studies for LOAD. Significance Processes related to cholesterol metabolism and the innate immune response have previously been implicated by pathological and epidemiological studies of Alzheimer's disease, but it has been unclear whether those findings reflected primary aetiological events or consequences of the disease process. Our independent evidence from two large studies now demonstrates that these processes are aetiologically relevant, and suggests that they may be suitable targets for novel and existing therapeutic approaches.

As a Mendelian neurodegenerative disorder, the genetic risk of Huntington’s disease (HD) is conferred entirely by an HTT CAG repeat expansion whose length is the primary determinant of the rate of pathogenesis leading to disease onset. To investigate the pathogenic process that precedes disease, we used genome-wide association (GWA) analysis to identify loci harboring genetic variations that alter the age at neurological onset of HD. A chromosome 15 locus displays two independent effects that accelerate or delay onset by 6.1 years and 1.4 years, respectively, whereas a chromosome 8 locus hastens onset by 1.6 years. Association at MLH1 and pathway analysis of the full GWA results support a role for DNA handling and repair mechanisms in altering the course of HD. Our findings demonstrate that HD disease modification in humans occurs in nature and offer a genetic route to identifying in-human validated therapeutic targets in this and other Mendelian disorders.PaperClip/cms/asset/54b950ee-cc41-404a-b8c5-9433ee289296/mmc6.mp3Loading ...(mp3, 4.19 MB) Download audio

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."

The identification of subjects at high risk for Alzheimer’s disease is important for prognosis and early intervention. We investigated the polygenic architecture of Alzheimer’s disease and the accuracy of Alzheimer’s disease prediction models, including and excluding the polygenic component in the model. This study used genotype data from the powerful dataset comprising 17 008 cases and 37 154 controls obtained from the International Genomics of Alzheimer’s Project (IGAP). Polygenic score analysis tested whether the alleles identified to associate with disease in one sample set were significantly enriched in the cases relative to the controls in an independent sample. The disease prediction accuracy was investigated in a subset of the IGAP data, a sample of 3049 cases and 1554 controls (for whom APOE genotype data were available) by means of sensitivity, specificity, area under the receiver operating characteristic curve (AUC) and positive and negative predictive values. We observed significant evidence for a polygenic component enriched in Alzheimer’s disease (P = 4.9 × 10−26). This enrichment remained significant after APOE and other genome-wide associated regions were excluded (P = 3.4 × 10−19). The best prediction accuracy AUC = 78.2% (95% confidence interval 77–80%) was achieved by a logistic regression model with APOE, the polygenic score, sex and age as predictors. In conclusion, Alzheimer’s disease has a significant polygenic component, which has predictive utility for Alzheimer’s disease risk and could be a valuable research tool complementing experimental designs, including preventative clinical trials, stem cell selection and high/low risk clinical studies. In modelling a range of sample disease prevalences, we found that polygenic scores almost doubles case prediction from chance with increased prediction at polygenic extremes.

To test the hypotheses that mutant huntingtin protein length and wild-type huntingtin dosage have important effects on disease-related transcriptional dysfunction, we compared the changes in mRNA in seven genetic mouse models of Huntington's disease (HD) and postmortem human HD caudate. Transgenic models expressing short N-terminal fragments of mutant huntingtin (R6/1 and R6/2 mice) exhibited the most rapid effects on gene expression, consistent with previous studies. Although changes in the brains of knock-in and full-length transgenic models of HD took longer to appear, 15- and 22-month CHL2Q150/Q150, 18-month HdhQ92/Q92 and 2-year-old YAC128 animals also exhibited significant HD-like mRNA signatures. Whereas it was expected that the expression of full-length huntingtin transprotein might result in unique gene expression changes compared with those caused by the expression of an N-terminal huntingtin fragment, no discernable differences between full-length and fragment models were detected. In addition, very high correlations between the signatures of mice expressing normal levels of wild-type huntingtin and mice in which the wild-type protein is absent suggest a limited effect of the wild-type protein to change basal gene expression or to influence the qualitative disease-related effect of mutant huntingtin. The combined analysis of mouse and human HD transcriptomes provides important temporal and mechanistic insights into the process by which mutant huntingtin kills striatal neurons. In addition, the discovery that several available lines of HD mice faithfully recapitulate the gene expression signature of the human disorder provides a novel aspect of validation with respect to their use in preclinical therapeutic trials.

Huntington's disease (HD) is a dominantly inherited disease caused by a CAG expansion mutation in HTT. The age at onset of clinical symptoms is determined primarily by the length of this CAG expansion but is also influenced by other genetic and/or environmental factors.Recently, through genome-wide association studies (GWAS) aimed at discovering genetic modifiers, we identified loci associated with age at onset of motor signs that are significant at the genome-wide level. However, many additional HD modifiers may exist but may not have achieved statistical significance due to limited power.In order to disseminate broadly the entire GWAS results and make them available to complement alternative approaches, we have developed the internet website "GeM MOA" where genetic association results can be searched by gene name, SNP ID, or genomic coordinates of a region of interest.Users of the Genetic Modifiers of Motor Onset Age (GeM MOA) site can therefore examine support for association between any gene region and age at onset of HD motor signs. GeM MOA's interactive interface also allows users to navigate the surrounding region and to obtain association p-values for individual SNPs.Our website conveys a comprehensive view of the genetic landscape of modifiers of HD from the existing GWAS, and will provide the means to evaluate the potential influence of genes of interest on the onset of HD. GeM MOA is freely available at https://www.hdinhd.org/.

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.