A sample size with sufficient statistical power is critical to the success of genetic association studies to detect causal genes of human complex diseases. Genome-wide association studies require much larger sample sizes to achieve an adequate statistical power. We estimated the statistical power with increasing numbers of markers analyzed and compared the sample sizes that were required in case-control studies and case-parent studies. We computed the effective sample size and statistical power using Genetic Power Calculator. An analysis using a larger number of markers requires a larger sample size. Testing a single-nucleotide polymorphism (SNP) marker requires 248 cases, while testing 500,000 SNPs and 1 million markers requires 1,206 cases and 1,255 cases, respectively, under the assumption of an odds ratio of 2, 5% disease prevalence, 5% minor allele frequency, complete linkage disequilibrium (LD), 1:1 case/control ratio, and a 5% error rate in an allelic test. Under a dominant model, a smaller sample size is required to achieve 80% power than other genetic models. We found that a much lower sample size was required with a strong effect size, common SNP, and increased LD. In addition, studying a common disease in a case-control study of a 1:4 case-control ratio is one way to achieve higher statistical power. We also found that case-parent studies require more samples than case-control studies. Although we have not covered all plausible cases in study design, the estimates of sample size and statistical power computed under various assumptions in this study may be useful to determine the sample size in designing a population-based genetic association study.

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."

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.

SUMMARY The effects of variable, glutamine-encoding, CAA interruptions indicate that a property of the uninterrupted HTT CAG repeat sequence, distinct from huntingtin’s polyglutamine segment, dictates the rate at which 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 a fundamental premise of the “polyglutamine disorders”.

Summary The age at onset of motor symptoms in Huntington’s disease (HD) is driven by HTT CAG repeat length but modified by other genes. We used exome sequencing of 683 HD patients with extremes of onset or phenotype relative to CAG length to identify rare variants associated with clinical effect. We identified damaging coding variants in candidate modifier genes from prior genome-wide association studies associated with altered HD onset or severity. Variants in FAN1 clustered in its DNA-binding and nuclease domains and were associated predominantly with earlier onset HD. Nuclease activities of these variants correlated with residual age at motor onset of HD. Mutating endogenous FAN1 to a nuclease-inactive form in an induced pluripotent stem cell model of HD led to rates of CAG expansion comparable to those observed with complete FAN1 knock out. Together, these data implicate FAN1 nuclease activity in slowing somatic repeat expansion and hence onset of HD.

Abstract 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 exam 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. 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 constructing polygenic risk scores from large genome-wide association studies of psychiatric and neurodegenerative disorders, and of intelligence, and testing for correlation with the presence of psychiatric and cognitive symptoms in a large sample (n=5160) of HD patients. 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. In general, 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.

An expanded CAG repeat in the huntingtin gene ( HTT ) causes Huntington's disease (HD). Since the length of uninterrupted CAG repeat, not polyglutamine, determines the age-at-onset in HD, base editing strategies to convert CAG to CAA are anticipated to delay onset by shortening the uninterrupted CAG repeat. Here, we developed base editing strategies to convert CAG in the repeat to CAA and determined their molecular outcomes and effects on relevant disease phenotypes. Base editing strategies employing combinations of cytosine base editors and gRNAs efficiently converted CAG to CAA at various sites in the CAG repeat without generating significant indels, off-target edits, or transcriptome alterations, demonstrating their feasibility and specificity. Candidate BE strategies converted CAG to CAA on both expanded and non-expanded CAG repeats without altering HTT mRNA and protein levels. In addition, somatic CAG repeat expansion, which is the major disease driver in HD, was significantly decreased by a candidate BE strategy treatment in HD knock-in mice carrying canonical CAG repeats. Notably, CAG repeat expansion was abolished entirely in HD knock-in mice carrying CAA-interrupted repeats, supporting the therapeutic potential of CAG-to-CAA conversion base editing strategies in HD and potentially other repeat expansion disorders.

Objective: We investigated the effect of high mobility group box 1 (HMGB1) on intracranial aneurysms (IAs) by analyzing single-nucleotide polymorphisms (SNPs) based on genome-wide association study (GWAS) data. HMGB1 mRNA and protein expression levels in plasma were also analyzed. Methods: This study was a comprehensive analysis of a GWAS dataset, including 250 patients with IAs and 294 controls. The HMGB1 gene region was targeted within SNP rs3742305 ± 10 kbp. Multivariate logistic regression analysis determined its association with IAs after adjusting for relevant clinical factors. HMGB1 mRNA expression was analyzed in the plasma of 24 patients selected from the GWAS dataset. The HMGB1 protein was analyzed by Western blotting. Results: A total of seven polymorphisms, including rs1360485, rs185382445, rs2039338, rs1045411, rs3742305, rs2249825, and rs189034241, were observed. Two SNPs, including rs1045411 (UTR-3) and rs3742305 (intron), showed strong linkage disequilibrium (r2 = 0.99). However, none of the seven SNPs associated with IAs had an adjusted p-value of < 0.0016 on multiple comparison analysis. HMGB1 mRNA levels (2−ΔCt) did not differ significantly between patients with IAs and the control subjects [1.07 (1.00–1.15) in patients with IAs vs. 1.05 (0.94–1.12) in controls; p = 0.67)]. Also, no significant difference in the degree of plasma HMGB1 protein expression was seen between the two groups (p = 0.82). Conclusions: The number of SNPs associated with HMGB1 and the degree of HMGB1 mRNA and protein expression were not significantly different between patients diagnosed with IAs and the controls.