Brainstorming diseases Consistent classification of neuropsychiatric diseases is problematic because it can lead to misunderstanding of etiology. The Brainstorm Consortium examined multiple genome-wide association studies drawn from more than 200,000 patients for 25 brain-associated disorders and 17 phenotypes. Broadly, it appears that psychiatric and neurologic disorders share relatively little common genetic risk. However, different and independent pathways can result in similar clinical manifestations (e.g., psychosis, which occurs in both schizophrenia and Alzheimer's disease). Schizophrenia correlated with many psychiatric disorders, whereas the immunopathological affliction Crohn's disease did not, and posttraumatic stress syndrome was also largely independent of underlying traits. Essentially, the earlier the onset of a disorder, the more inheritable it appeared to be. Science , this issue p. eaap8757

Using exome sequencing, we identified a p.R191Q amino acid change in the valosin-containing protein (VCP) gene in an Italian family with autosomal dominantly inherited amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Mutations in VCP have previously been identified in families with Inclusion Body Myopathy, Paget disease, and Frontotemporal Dementia (IBMPFD). Screening of VCP in a cohort of 210 familial ALS cases and 78 autopsy-proven ALS cases identified four additional mutations including a p.R155H mutation in a pathologically proven case of ALS. VCP protein is essential for maturation of ubiquitin-containing autophagosomes, and mutant VCP toxicity is partially mediated through its effect on TDP-43 protein, a major constituent of ubiquitin inclusions that neuropathologically characterize ALS. Our data broaden the phenotype of IBMPFD to include motor neuron degeneration, suggest that VCP mutations may account for ∼1%–2% of familial ALS, and provide evidence directly implicating defects in the ubiquitination/protein degradation pathway in motor neuron degeneration.

We aimed to accurately estimate the frequency of a hexanucleotide repeat expansion in C9orf72 that has been associated with a large proportion of cases of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD).We screened 4448 patients diagnosed with ALS (El Escorial criteria) and 1425 patients with FTD (Lund-Manchester criteria) from 17 regions worldwide for the GGGGCC hexanucleotide expansion using a repeat-primed PCR assay. We assessed familial disease status on the basis of self-reported family history of similar neurodegenerative diseases at the time of sample collection. We compared haplotype data for 262 patients carrying the expansion with the known Finnish founder risk haplotype across the chromosomal locus. We calculated age-related penetrance using the Kaplan-Meier method with data for 603 individuals with the expansion.In patients with sporadic ALS, we identified the repeat expansion in 236 (7·0%) of 3377 white individuals from the USA, Europe, and Australia, two (4·1%) of 49 black individuals from the USA, and six (8·3%) of 72 Hispanic individuals from the USA. The mutation was present in 217 (39·3%) of 552 white individuals with familial ALS from Europe and the USA. 59 (6·0%) of 981 white Europeans with sporadic FTD had the mutation, as did 99 (24·8%) of 400 white Europeans with familial FTD. Data for other ethnic groups were sparse, but we identified one Asian patient with familial ALS (from 20 assessed) and two with familial FTD (from three assessed) who carried the mutation. The mutation was not carried by the three Native Americans or 360 patients from Asia or the Pacific Islands with sporadic ALS who were tested, or by 41 Asian patients with sporadic FTD. All patients with the repeat expansion had (partly or fully) the founder haplotype, suggesting a one-off expansion occurring about 1500 years ago. The pathogenic expansion was non-penetrant in individuals younger than 35 years, 50% penetrant by 58 years, and almost fully penetrant by 80 years.A common Mendelian genetic lesion in C9orf72 is implicated in many cases of sporadic and familial ALS and FTD. Testing for this pathogenic expansion should be considered in the management and genetic counselling of patients with these fatal neurodegenerative diseases.Full funding sources listed at end of paper (see Acknowledgments).

Objective To see whether the distribution patterns of phosphorylated 43kDa TAR DNA‐binding protein (pTDP‐43) intraneuronal inclusions in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) permit recognition of neuropathological stages. Methods pTDP‐43 immunohistochemistry was performed on 70μm sections from ALS autopsy cases (N = 76) classified by clinical phenotype and genetic background. Results ALS cases with the lowest burden of pTDP‐43 pathology were characterized by lesions in the agranular motor cortex, brainstem motor nuclei of cranial nerves V, VII, and X–XII, and spinal cord α‐motoneurons (stage 1). Increasing burdens of pathology showed involvement of the prefrontal neocortex (middle frontal gyrus), brainstem reticular formation, precerebellar nuclei, and the red nucleus (stage 2). In stage 3, pTDP‐43 pathology involved the prefrontal (gyrus rectus and orbital gyri) and then postcentral neocortex and striatum. Cases with the greatest burden of pTDP‐43 lesions showed pTDP‐43 inclusions in anteromedial portions of the temporal lobe, including the hippocampus (stage 4). At all stages, these lesions were accompanied by pTDP‐43 oligodendroglial aggregates. Ten cases with C9orf72 repeat expansion displayed the same sequential spreading pattern as nonexpansion cases but a greater regional burden of lesions, indicating a more fulminant dissemination of pTDP‐43 pathology. Interpretation pTDP‐43 pathology in ALS possibly disseminates in a sequential pattern that permits recognition of 4 neuropathological stages consistent with the hypothesis that pTDP‐43 pathology is propagated along axonal pathways. Moreover, the finding that pTDP‐43 pathology develops in the prefrontal cortex as part of an ongoing disease process could account for the development of executive cognitive deficits in ALS. Ann Neurol 2013;74:20–38

Background TDP-43 is a major component of the ubiquitinated inclusions that characterise amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal lobar degeneration (FTLD) with ubiquitin inclusions (FTLD-U). TDP-43 is an RNA-binding and DNA-binding protein that has many functions and is encoded by the TAR DNA-binding protein gene (TARDBP) on chromosome 1. Our aim was to investigate whether TARDBP is a candidate disease gene for familial ALS that is not associated with mutations in superoxide dismutase 1 (SOD1). Methods TARDBP was sequenced in 259 patients with ALS, FTLD, or both. We used TaqMan-based SNP genotyping to screen for the identified variants in control groups matched to two kindreds of patients for age and ethnic origin. Additional clinical, genetic, and pathological assessments were made in these two families. Findings We identified two variants in TARDBP, which would encode Gly290Ala and Gly298Ser forms of TDP-43, in two kindreds with familial ALS. The variants seem to be pathogenic because they co-segregated with disease in both families, were absent in controls, and were associated with TDP-43 neuropathology in both members of one of these families for whom CNS tissue was available. Interpretation The Gly290Ala and Gly298Ser mutations are located in the glycine-rich domain of TDP-43, which regulates gene expression and mediates protein–protein interactions such as those with heterogeneous ribonucleoproteins. Owing to the varied and important cellular functions of TDP-43, these mutations might cause neurodegeneration through both gains and losses of function. The finding of pathogenic mutations in TARDBP implicates TDP-43 as an active mediator of neurodegeneration in TDP-43 proteinopathies, a class of disorder that includes ALS and FTLD-U. Funding National Institutes of Health (AG10124, AG17586, AG005136-22, PO1 AG14382), Department of Veterans Affairs, Friedrich-Baur Stiftung (0017/2007), US Public Health Service, ALS Association, and Fundació ‘la Caixa’.

To identify novel genes associated with ALS, we undertook two lines of investigation. We carried out a genome-wide association study comparing 20,806 ALS cases and 59,804 controls. Independently, we performed a rare variant burden analysis comparing 1,138 index familial ALS cases and 19,494 controls. Through both approaches, we identified kinesin family member 5A (KIF5A) as a novel gene associated with ALS. Interestingly, mutations predominantly in the N-terminal motor domain of KIF5A are causative for two neurodegenerative diseases: hereditary spastic paraplegia (SPG10) and Charcot-Marie-Tooth type 2 (CMT2). In contrast, ALS-associated mutations are primarily located at the C-terminal cargo-binding tail domain and patients harboring loss-of-function mutations displayed an extended survival relative to typical ALS cases. Taken together, these results broaden the phenotype spectrum resulting from mutations in KIF5A and strengthen the role of cytoskeletal defects in the pathogenesis of ALS.

Ammar Al-Chalabi, Jan Veldink and colleagues perform a genome-wide association study for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) in 15,156 cases and 26,242 controls. They identify three new genome-wide-significant variants and establish ALS as a complex trait with a polygenic architecture, but with a distinct and important role for low-frequency variants. To elucidate the genetic architecture of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and find associated loci, we assembled a custom imputation reference panel from whole-genome-sequenced patients with ALS and matched controls (n = 1,861). Through imputation and mixed-model association analysis in 12,577 cases and 23,475 controls, combined with 2,579 cases and 2,767 controls in an independent replication cohort, we fine-mapped a new risk locus on chromosome 21 and identified C21orf2 as a gene associated with ALS risk. In addition, we identified MOBP and SCFD1 as new associated risk loci. We established evidence of ALS being a complex genetic trait with a polygenic architecture. Furthermore, we estimated the SNP-based heritability at 8.5%, with a distinct and important role for low-frequency variants (frequency 1–10%). This study motivates the interrogation of larger samples with full genome coverage to identify rare causal variants that underpin ALS risk.

Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is the second most common cause of presenile dementia. The predominant neuropathology is FTLD with TAR DNA-binding protein (TDP-43) inclusions (FTLD-TDP). FTLD-TDP is frequently familial, resulting from mutations in GRN (which encodes progranulin). We assembled an international collaboration to identify susceptibility loci for FTLD-TDP through a genome-wide association study of 515 individuals with FTLD-TDP. We found that FTLD-TDP associates with multiple SNPs mapping to a single linkage disequilibrium block on 7p21 that contains TMEM106B. Three SNPs retained genome-wide significance following Bonferroni correction (top SNP rs1990622, P = 1.08 x 10(-11); odds ratio, minor allele (C) 0.61, 95% CI 0.53-0.71). The association replicated in 89 FTLD-TDP cases (rs1990622; P = 2 x 10(-4)). TMEM106B variants may confer risk of FTLD-TDP by increasing TMEM106B expression. TMEM106B variants also contribute to genetic risk for FTLD-TDP in individuals with mutations in GRN. Our data implicate variants in TMEM106B as a strong risk factor for FTLD-TDP, suggesting an underlying pathogenic mechanism.

Lewy bodies commonly occur in Alzheimer’s disease, and Alzheimer’s disease pathology is frequent in Lewy body diseases, but the burden of co-pathologies across neurodegenerative diseases is unknown. We assessed the extent of tau, amyloid-β, α-synuclein and TDP-43 proteinopathies in 766 autopsied individuals representing a broad spectrum of clinical neurodegenerative disease. We interrogated pathological Alzheimer’s disease (n = 247); other tauopathies (n = 95) including Pick’s disease, corticobasal disease and progressive supranuclear palsy; the synucleinopathies (n = 164) including multiple system atrophy and Lewy body disease; the TDP-43 proteinopathies (n = 188) including frontotemporal lobar degeneration with TDP-43 inclusions and amyotrophic lateral sclerosis; and a minimal pathology group (n = 72). Each group was divided into subgroups without or with co-pathologies. Age and sex matched logistic regression models compared co-pathology prevalence between groups. Co-pathology prevalence was similar between the minimal pathology group and most neurodegenerative diseases for each proteinopathy: tau was nearly universal (92–100%), amyloid-β common (20–57%); α-synuclein less common (4–16%); and TDP-43 the rarest (0–16%). In several neurodegenerative diseases, co-pathology increased: in Alzheimer’s disease, α-synuclein (41–55%) and TDP-43 (33–40%) increased; in progressive supranuclear palsy, α-synuclein increased (22%); in corticobasal disease, TDP-43 increased (24%); and in neocortical Lewy body disease, amyloid-β (80%) and TDP-43 (22%) increased. Total co-pathology prevalence varied across groups (27–68%), and was increased in high Alzheimer’s disease, progressive supranuclear palsy, and neocortical Lewy body disease (70–81%). Increased age at death was observed in the minimal pathology group, amyotrophic lateral sclerosis, and multiple system atrophy cases with co-pathologies. In amyotrophic lateral sclerosis and neocortical Lewy body disease, co-pathologies associated with APOE ɛ4. Lewy body disease cases with Alzheimer’s disease co-pathology had substantially lower Mini-Mental State Examination scores than pure Lewy body disease. Our data imply that increased age and APOE ɛ4 status are risk factors for co-pathologies independent of neurodegenerative disease; that neurodegenerative disease severity influences co-pathology as evidenced by the prevalence of co-pathology in high Alzheimer’s disease and neocortical Lewy body disease, but not intermediate Alzheimer’s disease or limbic Lewy body disease; and that tau and α-synuclein strains may also modify co-pathologies since tauopathies and synucleinopathies had differing co-pathologies and burdens. These findings have implications for clinical trials that focus on monotherapies targeting tau, amyloid-β, α-synuclein and TDP-43.

Abstract Objective Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is characterized by impairments in social, behavioral, and/or language function, but postmortem studies indicate that multiple neuropathological entities lead to FTLD. This study assessed whether specific clinical features predict the underlying pathology. Methods A clinicopathological correlation was performed on 90 consecutive patients with a pathological diagnosis of frontotemporal dementia and was compared with an additional 24 cases accrued during the same time period with a clinical diagnosis of FTLD, but with pathology not typically associated with frontotemporal dementia. Results Postmortem examination showed multiple pathologies including tauopathies (46%), FTLD with ubiquitin‐positive inclusions (29%), and Alzheimer's disease (17%). The pathological groups manifested some distinct demographic, clinical, and neuropsychological features, although these attributes showed only a statistical association with the underlying pathology. FTLD with ubiquitin‐positive inclusions was more likely to present with both social and language dysfunction, and motor neuron disease was more likely to emerge in these patients. Tauopathies were more commonly associated with an extrapyramidal disorder. Alzheimer's disease was associated with relatively greater deficits in memory and executive function. Interpretation Clinical and neuropsychological features contribute to delineating the spectrum of pathology underlying a patient diagnosed with FTLD, but biomarkers are needed that, together with the clinical phenotype, can predict the underlying neuropathology. Ann Neurol 2006;59:952‐962