We have previously reported a large Danish pedigree with autosomal dominant frontotemporal dementia (FTD) linked to chromosome 3 (FTD3). Here we identify a mutation in CHMP2B, encoding a component of the endosomal ESCRTIII complex, and show that it results in aberrant mRNA splicing in tissue samples from affected members of this family. We also describe an additional missense mutation in an unrelated individual with FTD. Aberration in the endosomal ESCRTIII complex may result in FTD and neurodegenerative disease.

BackgroundFrontotemporal dementia (FTD) is a complex disorder characterised by a broad range of clinical manifestations, differential pathological signatures, and genetic variability. Mutations in three genes—MAPT, GRN, and C9orf72—have been associated with FTD. We sought to identify novel genetic risk loci associated with the disorder.MethodsWe did a two-stage genome-wide association study on clinical FTD, analysing samples from 3526 patients with FTD and 9402 healthy controls. To reduce genetic heterogeneity, all participants were of European ancestry. In the discovery phase (samples from 2154 patients with FTD and 4308 controls), we did separate association analyses for each FTD subtype (behavioural variant FTD, semantic dementia, progressive non-fluent aphasia, and FTD overlapping with motor neuron disease [FTD-MND]), followed by a meta-analysis of the entire dataset. We carried forward replication of the novel suggestive loci in an independent sample series (samples from 1372 patients and 5094 controls) and then did joint phase and brain expression and methylation quantitative trait loci analyses for the associated (p<5 × 10−8) single-nucleotide polymorphisms.FindingsWe identified novel associations exceeding the genome-wide significance threshold (p<5 × 10−8). Combined (joint) analyses of discovery and replication phases showed genome-wide significant association at 6p21.3, HLA locus (immune system), for rs9268877 (p=1·05 × 10−8; odds ratio=1·204 [95% CI 1·11–1·30]), rs9268856 (p=5·51 × 10−9; 0·809 [0·76–0·86]) and rs1980493 (p value=1·57 × 10−8, 0·775 [0·69–0·86]) in the entire cohort. We also identified a potential novel locus at 11q14, encompassing RAB38/CTSC (the transcripts of which are related to lysosomal biology), for the behavioural FTD subtype for which joint analyses showed suggestive association for rs302668 (p=2·44 × 10−7; 0·814 [0·71–0·92]). Analysis of expression and methylation quantitative trait loci data suggested that these loci might affect expression and methylation in cis.InterpretationOur findings suggest that immune system processes (link to 6p21.3) and possibly lysosomal and autophagy pathways (link to 11q14) are potentially involved in FTD. Our findings need to be replicated to better define the association of the newly identified loci with disease and to shed light on the pathomechanisms contributing to FTD.FundingThe National Institute of Neurological Disorders and Stroke and National Institute on Aging, the Wellcome/MRC Centre on Parkinson's disease, Alzheimer's Research UK, and Texas Tech University Health Sciences Center.

Abstract Background Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the accumulation of amyloid-β (Aβ) peptides in intra- and extracellular deposits. How Aβ aggregates perturb the proteome in brains of patients and AD transgenic mouse models, however, remains largely unclear. State-of-the-art mass spectrometry (MS) methods can comprehensively detect proteomic alterations in neurodegenerative disorders, providing relevant insights unobtainable with transcriptomics investigations. Analyses of the relationship between progressive Aβ aggregation and protein abundance changes in brains of 5xFAD transgenic mice have not been reported previously. Methods We quantified progressive Aβ aggregation in hippocampus and cortex of 5xFAD mice and controls with immunohistochemistry and biochemical membrane filter assays. Protein changes in different mouse tissues were analysed by MS-based proteomics using label-free quantification (LFQ); resulting MS data were processed using an established pipeline. Results were contrasted with existing proteomic data sets from postmortem AD patient brains. Finally, abundance changes in the candidate marker Arl8b were validated in CSF from AD patients and controls using ELISAs. Results: Experiments revealed a more rapid accumulation of Aβ42 peptides in hippocampus than in cortex of 5xFAD mice, accompanied by many more protein abundance changes in hippocampus than in cortex, indicating that Aβ42 aggregate deposition is associated with brain region-specific proteome perturbations. Generating time-resolved data sets, we defined Aβ aggregate-correlated and anticorrelated proteome changes, a fraction of which was conserved in postmortem AD patient brain tissue, suggesting that proteome changes in 5xFAD mice mimic disease relevant changes in human AD. We detected a positive correlation between Aβ42 aggregate deposition in the hippocampus of 5xFAD mice and the abundance of the lysosome-associated small GTPase Arl8b, which accumulated together with axonal lysosomal membranes in close proximity of extracellular Aβ plaques in 5xFAD brains. Abnormal aggregation of Arl8b was observed in AD brain tissue. Arl8b protein levels were significantly increased in cerebrospinal fluid (CSF) of AD patients, a clinically accessible body fluid. Conclusions We report a comprehensive biochemical and proteomic investigation of hippocampal and cortical brain tissue derived from 5xFAD transgenic mice, providing a valuable resource to the neuroscientific community. We identified Arl8b, with significant abundance changes in 5xFAD and AD patient brains. Arl8b might enable the measurement of progressive lysosome accumulation in AD patients and have clinical utility as a candidate biomarker. Data are available via ProteomeXchange with identifier PXD030348.

ABSTRACT Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia, with no current cure. Consequently, alternative approaches focusing on early pathological events in specific neuronal populations, besides targeting the well-studied Amyloid beta (Aβ) accumulations and Tau tangles, are needed. In this study, we have investigated disease phenotypes specific to glutamatergic forebrain neurons and mapped the timeline of their occurrence, by implementing familial and sporadic human induced pluripotent stem cell models as well as the 5xFAD mouse model. We recapitulated characteristic late AD disease phenotypes, such as increased Aβ secretion and Tau hyperphosphorylation, as well as previously well documented mitochondrial and synaptic deficits. Intriguingly, we identified Golgi fragmentation as one of the earliest AD phenotypes, indicating potential impairments in protein processing and post-translational modifications. Computational analysis of RNA sequencing data revealed differentially expressed genes involved in glycosylation and glycan patterns, whilst total glycan profiling revealed minor glycosylation differences. This indicates general robustness of glycosylation besides the observed fragmented morphology. Importantly, we identified that genetic variants in Sortilin-related receptor 1 ( SORL1 ) associated with AD could aggravate the Golgi fragmentation and subsequent glycosylation changes. In summary, we identified Golgi fragmentation as one of the earliest disease phenotypes in AD neurons in various in vivo and in vitro complementary disease models, which can be exacerbated via additional risk variants in SORL1 . Abstract Figure

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.

Background: Converging evidence suggests that immune-mediated dysfunction plays an important role in the pathogenesis of frontotemporal dementia (FTD). Although genetic studies have shown that immune-associated loci are associated with increased FTD risk, a systematic investigation of genetic overlap between immune-mediated diseases and the spectrum of FTD-related disorders has not been performed. Methods and findings: Using large genome-wide association studies (GWAS) (total n = 192,886 cases and controls) and recently developed tools to quantify genetic overlap/pleiotropy, we systematically identified single nucleotide polymorphisms (SNPs) jointly associated with 'FTD-related disorders' namely FTD, corticobasal degeneration (CBD), progressive supranuclear palsy (PSP), and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) - and one or more immune-mediated diseases including Crohn's disease (CD), ulcerative colitis (UC), rheumatoid arthritis (RA), type 1 diabetes (T1D), celiac disease (CeD), and psoriasis (PSOR). We found up to 270-fold genetic enrichment between FTD and RA and comparable enrichment between FTD and UC, T1D, and CeD. In contrast, we found only modest genetic enrichment between any of the immune-mediated diseases and CBD, PSP or ALS. At a conjunction false discovery rate (FDR) < 0.05, we identified numerous FTD-immune pleiotropic SNPs within the human leukocyte antigen (HLA) region on chromosome 6. By leveraging the immune diseases, we also found novel FTD susceptibility loci within LRRK2 (Leucine Rich Repeat Kinase 2), TBKBP1 (TANK-binding kinase 1 Binding Protein 1), and PGBD5 (PiggyBac Transposable Element Derived 5). Functionally, we found that expression of FTD-immune pleiotropic genes (particularly within the HLA region) is altered in postmortem brain tissue from patients with frontotemporal dementia and is enriched in microglia compared to other central nervous system (CNS) cell types. Conclusions: We show considerable immune-mediated genetic enrichment specifically in FTD, particularly within the HLA region. Our genetic results suggest that for a subset of patients, immune dysfunction may contribute to risk for FTD. These findings have potential implications for clinical trials targeting immune dysfunction in patients with FTD.

Abstract Recent studies have suggested that cerebellar and subcortical structures are impacted early in the disease progression of genetic frontotemporal dementia (FTD) due to microtubule-associated protein tau ( MAPT ), progranulin ( GRN ) and chromosome 9 open reading frame 72 ( C9orf72 ). However, the clinical contribution of the structures involved in the cerebello-subcortical circuitry has been understudied in FTD given their potentially central role in cognition and behaviour processes. The present study aims to investigate whether there is an association between the atrophy of the cerebellar and subcortical structures, and neuropsychiatric symptoms (using the revised version of the Cambridge Behavioral Inventory, CBI-R) across genetic mutations and whether this association starts during the preclinical phase of the disease. Our study included 983 participants from the Genetic Frontotemporal dementia Initiative (GENFI) including mutation carriers (n=608) and non-carrier first-degree relatives of known symptomatic carriers (n= 375). Voxel-wise analysis of the thalamus, striatum, globus pallidus, amygdala, and the cerebellum was performed using deformation based morphometry (DBM) and partial least squares analyses (PLS) were used to link morphometry and behavioural symptoms. Our univariate results suggest that in this group of primarily presymptomatic subjects, volume loss in subcortical and cerebellar structure was primarily a function of aging, with only the C9orf72 group showing more pronounced volume loss in the thalamus compared to the non-carrier individuals. PLS analyses demonstrated that the cerebello-subcortical circuitry is related to all neuropsychiatric symptoms from the CBI-R, with significant overlap in brain/behaviour patterns, but also specificity for each genetic group. The biggest differences were in the extent of the cerebellar involvement (larger extent in C9orf72 group) and more prominent amygdalar contribution in the MAPT group. Finally, our findings demonstrated that C9orf72 and MAPT brain scores were related to estimated years before the age of symptom onset (EYO) in a second order relationship highlighting a steeper brain score decline 20 years before expected symptom onset, while GRN brain scores were related to age and not EYO. Overall, these results demonstrated the important role of the subcortical structures and especially of the cerebellum in genetic FTD symptom expression.