The systematic comparison of genomic sequences from different organisms represents a central focus of contemporary genome analysis. Comparative analyses of vertebrate sequences can identify coding1,2,3,4,5,6 and conserved non-coding4,6,7 regions, including regulatory elements8,9,10, and provide insight into the forces that have rendered modern-day genomes6. As a complement to whole-genome sequencing efforts3,5,6, we are sequencing and comparing targeted genomic regions in multiple, evolutionarily diverse vertebrates. Here we report the generation and analysis of over 12 megabases (Mb) of sequence from 12 species, all derived from the genomic region orthologous to a segment of about 1.8 Mb on human chromosome 7 containing ten genes, including the gene mutated in cystic fibrosis. These sequences show conservation reflecting both functional constraints and the neutral mutational events that shaped this genomic region. In particular, we identify substantial numbers of conserved non-coding segments beyond those previously identified experimentally, most of which are not detectable by pair-wise sequence comparisons alone. Analysis of transposable element insertions highlights the variation in genome dynamics among these species and confirms the placement of rodents as a sister group to the primates.

Abstract Mutations that occur in cells of the body, called somatic mutations, cause human diseases including cancer and some neurological disorders 1 . In a recent study published in Nature, Lee et al. 2 (hereafter “the Lee study”) reported somatic copy number gains of the APP gene, a known risk locus of Alzheimer’s disease (AD), in the neurons of AD-patients and controls (69% vs 25% of neurons with at least one APP copy gain on average). The authors argue that the mechanism of these copy number gains was somatic integration of APP mRNA into the genome, creating what they called genomic cDNA (gencDNA). We reanalyzed the data from the Lee study, revealing evidence that APP gencDNA originates mainly from contamination by exogenous APP recombinant vectors, rather from true somatic retrotransposition of endogenous APP . Our reanalysis of two recent whole exome sequencing (WES) datasets—one by the authors of the Lee study 3 and the other by Park et al. 4 —revealed that reads claimed to support APP gencDNA in AD samples resulted from contamination by PCR products and mRNA, respectively. Lastly, we present our own single-cell whole genome sequencing (scWGS) data that show no evidence for somatic APP retrotransposition in AD neurons or in neurons from normal individuals of various ages.

Summary Alzheimer’s disease (AD) is an age-associated neurodegenerative disorder characterized by progressive neuronal loss and pathological accumulation of the misfolded proteins amyloid-β and tau 1,2 . Neuroinflammation mediated by microglia and brain-resident macrophages plays a crucial role in AD pathogenesis 1–5 , though the mechanisms by which age, genes, and other risk factors interact remain largely unknown. Somatic mutations accumulate with age and lead to clonal expansion of many cell types, contributing to cancer and many non-cancer diseases 6,7 . Here we studied somatic mutation in normal aged and AD brains by three orthogonal methods and in three independent AD cohorts. Analysis of bulk RNA sequencing data from 866 samples from different brain regions revealed significantly higher (∼two-fold) overall burdens of somatic single-nucleotide variants (sSNVs) in AD brains compared to age-matched controls. Molecular-barcoded deep (>1000X) gene panel sequencing of 311 prefrontal cortex samples showed enrichment of sSNVs and somatic insertions and deletions (sIndels) in cancer driver genes in AD brain compared to control, with recurrent, and often multiple, mutations in genes implicated in clonal hematopoiesis (CH) 8,9 . Pathogenic sSNVs were enriched in CSF1R+ microglia of AD brains, and the high proportion of microglia (up to 40%) carrying some sSNVs in cancer driver genes suggests mutation-driven microglial clonal expansion (MiCE). Analysis of single-nucleus RNA sequencing (snRNAseq) from temporal neocortex of 62 additional AD cases and controls exhibited nominally increased mosaic chromosomal alterations (mCAs) associated with CH 10,11 . Microglia carrying mCA showed upregulated pro-inflammatory genes, resembling the transcriptomic features of disease-associated microglia (DAM) in AD. Our results suggest that somatic driver mutations in microglia are common with normal aging but further enriched in AD brain, driving MiCE with inflammatory and DAM signatures. Our findings provide the first insights into microglial clonal dynamics in AD and identify potential new approaches to AD diagnosis and therapy.

Mounting evidence supports that LINE-1 (L1) retrotransposition can occur postzygotically in healthy and diseased human tissues, contributing to genomic mosaicism in the brain and other somatic tissues of an individual. However, the genomic distribution of somatic L1Hs (Human-specific LINE-1) insertions and their potential impact on carrier cells remain unclear. Here, using a PCR-based targeted bulk sequencing approach, we profiled 9,181 somatic insertions from 20 postmortem tissues from five Rett patients and their matched healthy controls. We identified and validated somatic L1Hs insertions in both cortical neurons and non-brain tissues. In Rett patients, somatic insertions were significantly depleted in exons - mainly contributed by long genes - than healthy controls, implying that cells carrying MECP2 mutations might be defenseless against a second exonic L1Hs insertion. We observed a significant increase of somatic L1Hs insertions in the brain compared with non-brain tissues from the same individual. Compared to germline insertions, somatic insertions were less sense-depleted to transcripts, indicating that they underwent weaker selective pressure on the orientation of insertion. Our observations demonstrate that somatic L1Hs insertions contribute to genomic diversity and MECP2 dysfunction alters their genomic patterns in Rett patients.