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."

Like most complex phenotypes, exceptional longevity is thought to reflect a combined influence of environmental (e.g., lifestyle choices, where we live) and genetic factors. To explore the genetic contribution, we undertook a genome-wide association study of exceptional longevity in 801 centenarians (median age at death 104 years) and 914 genetically matched healthy controls. Using these data, we built a genetic model that includes 281 single nucleotide polymorphisms (SNPs) and discriminated between cases and controls of the discovery set with 89% sensitivity and specificity, and with 58% specificity and 60% sensitivity in an independent cohort of 341 controls and 253 genetically matched nonagenarians and centenarians (median age 100 years). Consistent with the hypothesis that the genetic contribution is largest with the oldest ages, the sensitivity of the model increased in the independent cohort with older and older ages (71% to classify subjects with an age at death>102 and 85% to classify subjects with an age at death>105). For further validation, we applied the model to an additional, unmatched 60 centenarians (median age 107 years) resulting in 78% sensitivity, and 2863 unmatched controls with 61% specificity. The 281 SNPs include the SNP rs2075650 in TOMM40/APOE that reached irrefutable genome wide significance (posterior probability of association = 1) and replicated in the independent cohort. Removal of this SNP from the model reduced the accuracy by only 1%. Further in-silico analysis suggests that 90% of centenarians can be grouped into clusters characterized by different “genetic signatures” of varying predictive values for exceptional longevity. The correlation between 3 signatures and 3 different life spans was replicated in the combined replication sets. The different signatures may help dissect this complex phenotype into sub-phenotypes of exceptional longevity.

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.

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”.

Objective: The aim of this study was to search for genes/variants that modify the effect of LRRK2 mutations in terms of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease. Methods: We performed the first genome-wide association study of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease in LRRK2 mutation carriers (776 cases and 1,103 non-cases at their last evaluation). Cox proportional hazard models and linear mixed models were used to identify modifiers of penetrance and age-at-onset of LRRK2 mutations, respectively. We also investigated whether a polygenic risk score derived from a published genome-wide association study of Parkinson's disease was able to explain variability in penetrance and age-at-onset in LRRK2 mutation carriers. Results: A variant located in the intronic region of CORO1C on chromosome 12 (rs77395454; P-value=2.5E-08, beta=1.27, SE=0.23, risk allele: C) met genome-wide significance for the penetrance model. A region on chromosome 3, within a previously reported linkage peak for Parkinson's disease susceptibility, showed suggestive associations in both models (penetrance top variant: P-value=1.1E-07; age-at-onset top variant: P-value=9.3E-07). A polygenic risk score derived from publicly available Parkinson's disease summary statistics was a significant predictor of penetrance, but not of age-at-onset. Interpretation: This study suggests that variants within or near CORO1C may modify the penetrance of LRRK2 mutations. In addition, common Parkinson's disease associated variants collectively increase the penetrance of LRRK2 mutations.

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.

Abstract Obesity, the accumulation of body fat to excess, may cause serious negative health effects, including increased risk of heart disease, type 2 diabetes, stroke and certain cancers. The biology of obesity is complex and not well understood, involving both environmental and genetic factors and affecting metabolic and endocrine mechanisms in tissues of the gut, adipose, and brain. Previous RNA sequencing studies have identified transcripts associated with obesity and body mass index in blood and fat, often using animal models, but RNA sequencing studies in human brain tissue related to obesity have not been previously undertaken. We conducted both large and small RNA sequencing of hypothalamus (207 samples) and nucleus accumbens (276 samples) from individuals defined as consistently obese (124 samples), consistently normal weight as controls (148 samples) or selected without respect to BMI and falling within neither case nor control definition (211 samples), based on longitudinal BMI measures. The samples were provided by three cohort studies with brain donation programs; the Framingham Heart Study (FHS), the Religious Orders Study (ROS) and the Rush Memory and Aging Project (MAP). For each brain region and large/small RNA sequencing set, differential expression of obesity, BMI, brain region and sex was performed. Analyses were done transcriptome-wide as well as with a priori defined sets of obesity or BMI-associated mRNAs and microRNAs (miRNAs). There are sixteen mRNAs and five microRNAs that are differentially expressed (adjusted p < 0.05) by obesity or BMI in these tissues, several of which were validated with qPCR data. The results include many that are BMI-associated, such as APOBR and CES1, as well as many associated with the immune system and some with addiction, such as the gene sets “cytokine signaling in immune system” and “opioid signaling”. In spite of the relatively large number of samples, our study was likely under-powered to detect other transcripts or miRNA with relevant but smaller effects.

ABSTRACT Whether neurodegenerative diseases linked to misfolding of the same protein share genetic risk drivers or whether different protein-aggregation pathologies in neurodegeneration are mechanistically related remains uncertain. Conventional genetic analyses are underpowered to address these questions. Through careful selection of patients based on protein aggregation phenotype (rather than clinical diagnosis) we can increase statistical power to detect associated variants in a targeted set of genes that modify proteotoxicities. Genetic modifiers of alpha-synuclein (ɑS) and beta-amyloid (Aβ) cytotoxicity in yeast are enriched in risk factors for Parkinson’s disease (PD) and Alzheimer’s disease (AD), respectively. Here, along with known AD/PD risk genes, we deeply sequenced exomes of 430 ɑS/Aβ modifier genes in patients across alpha-synucleinopathies (PD, Lewy body dementia and multiple system atrophy). Beyond known PD genes GBA1 and LRRK2 , rare variants AD genes ( CD33 , CR1 and PSEN2 ) and Aβ toxicity modifiers involved in RhoA/actin cytoskeleton regulation ( ARGHEF1, ARHGEF28, MICAL3, PASK, PKN2, PSEN2 ) were shared risk factors across synucleinopathies. Actin pathology occurred in iPSC synucleinopathy models and RhoA downregulation exacerbated ɑS pathology. Even in sporadic PD, the expression of these genes was altered across CNS cell types. Genome-wide CRISPR screens revealed the essentiality of PSEN2 in both human cortical and dopaminergic neurons, and PSEN2 mutation carriers exhibited diffuse brainstem and cortical synucleinopathy independent of AD pathology. PSEN2 contributes to a common-risk signal in PD GWAS and regulates ɑS expression in neurons. Our results identify convergent mechanisms across synucleinopathies, some shared with AD.

The mechanisms underlying degeneration of the specific neurons in the striatum of Huntingon's Disease (HD) brain are currently unknown. The striatum is massively degenerated in late stage HD, making examination of post-mortem brain tissue from symptomatic individuals problematic. Striatal tissue is largely intact in the brains of asymptomatic HD positive (HD+) gene carriers, but these samples are exceedingly rare. In this study, caudate nucleus (CAU) tissue from two asymptomatic HD+ individuals was subjected to high throughput mRNA sequencing (mRNA-Seq) for comparison with similar datasets from symptomatic HD individuals and healthy controls. The overall transcriptional response in HD+ CAU shares much of the same response observed in HD Brodmann Area 9 (BA9) samples, an area that is relatively spared from significant degeneration. A set of differentially expressed (DE) genes predominantly related to the heat shock response are found in common between brain regions, and show much higher induction in HD+ CAU than HD BA9. The most highly perturbed pathways show near complete agreement when comparing diseased tissue with control, and a random forest classifier predicted that the two HD+ CAU samples strongly resemble HD BA9 and not control BA9. Nonetheless, when genes were prioritized by their specificity to HD+ CAU, a large number of pathways spanning many biological processes emerged. Further comparison of HD+ BA9 with HD BA9 identified genes that may be early responders to disease, and have altered expression in symptomatic individuals. This study presents the first and largest examination of asymptomatic brain gene expression to date, and suggests many new avenues of investigation into the mechanisms underlying neurodegeneration in HD.