Four new members of the fibroblast growth factor (FGF) family, referred to as fibroblast growth factor homologous factors (FHFs), have been identified by a combination of random cDNA sequencing, data base searches, and degenerate PCR. Pairwise comparisons between the four FHFs show between 58% and 71% amino acid sequence identity, but each FHF shows less than 30% identity when compared with other FGFs. Like FGF-1 (acidic FGF) and FGF-2 (basic FGF), the FHFs lack a classical signal sequence and contain clusters of basic residues that can act as nuclear localization signals. In transiently transfected 293 cells FHF-1 accumulates in the nucleus and is not secreted. Each FHF is expressed in the developing and adult nervous systems, suggesting a role for this branch of the FGF family in nervous system development and function.

Huntington's disease (HD) is an autosomal neurodegenerative disorder, characterized by severe behavioral, cognitive, and motor deficits. Since the discovery of the huntingtin gene (HTT) mutation that causes the disease, several mouse lines have been developed using different gene constructs of Htt. Recently, a new model, the zQ175 knock-in (KI) mouse, was developed (see description by Menalled et al, [1]) in an attempt to have the Htt gene in a context and causing a phenotype that more closely mimics HD in humans. Here we confirm the behavioral phenotypes reported by Menalled et al [1], and extend the characterization to include brain volumetry, striatal metabolite concentration, and early neurophysiological changes. The overall reproducibility of the behavioral phenotype across the two independent laboratories demonstrates the utility of this new model. Further, important features reminiscent of human HD pathology are observed in zQ175 mice: compared to wild-type neurons, electrophysiological recordings from acute brain slices reveal that medium spiny neurons from zQ175 mice display a progressive hyperexcitability; glutamatergic transmission in the striatum is severely attenuated; decreased striatal and cortical volumes from 3 and 4 months of age in homo- and heterozygous mice, respectively, with whole brain volumes only decreased in homozygotes. MR spectroscopy reveals decreased concentrations of N-acetylaspartate and increased concentrations of glutamine, taurine and creatine + phosphocreatine in the striatum of 12-month old homozygotes, the latter also measured in 12-month-old heterozygotes. Motor, behavioral, and cognitive deficits in homozygotes occur concurrently with the structural and metabolic changes observed. In sum, the zQ175 KI model has robust behavioral, electrophysiological, and histopathological features that may be valuable in both furthering our understanding of HD-like pathophyisology and the evaluation of potential therapeutic strategies to slow the progression of disease.

Abstract Huntington’s disease (HD) is a dominantly inherited neurodegenerative disorder caused by a CAG trinucleotide expansion in the huntingtin ( HTT ) gene that encodes the pathologic mutant HTT (mHTT) protein with an expanded polyglutamine (PolyQ) tract. While several therapeutic programs targeting mHTT expression have advanced to clinical evaluation, no method is currently available to visualize mHTT levels in the living brain. Here we demonstrate the development of a positron emission tomography (PET) imaging radioligand with high affinity and selectivity for mHTT aggregates. This small molecule radiolabeled with 11 C ([ 11 C]CHDI-180R) enables non-invasive monitoring of mHTT pathology in the brain and can track region-and time-dependent suppression of mHTT in response to therapeutic interventions targeting mHTT expression. We further show that therapeutic agents that lower mHTT in the striatum have a functional restorative effect that can be measured by preservation of striatal imaging markers, enabling a translational path to assess the functional effect of mHTT lowering.

ABSTRACT Huntington’s disease is an autosomal, dominantly inherited neurodegenerative disease caused by an expansion of the CAG repeats in exon 1 of the huntingtin gene. Neuronal degeneration and dysfunction that precedes regional atrophy result in the impairment of striatal and cortical circuits that affect the brain’s large-scale network functionality. However, the evolution of these disease-driven, large-scale connectivity alterations is still poorly understood. Here we used resting-state fMRI to investigate functional connectivity changes in a mouse model of Huntington’s disease in several relevant brain networks and how they are affected at different ages that follow a disease-like phenotypic progression. Towards this, we used the heterozygous (HET) form of the zQ175DN Huntington’s disease mouse model that recapitulates aspects of human disease pathology. Seed- and Region-based analyses were performed at different ages, on 3-, 6-, 10-, and 12-month-old HET and age-matched wild-type mice. Our results demonstrate decreased connectivity starting at 6 months of age, most prominently in regions such as the retrosplenial and cingulate cortices, pertaining to the default mode-like network and auditory and visual cortices, part of the associative cortical network. At 12 months, we observe a shift towards decreased connectivity in regions such as the somatosensory cortices, pertaining to the lateral cortical network, and the caudate putamen, a constituent of the subcortical network. Moreover, we assessed the impact of distinct Huntington’s Disease-like pathology of the zQ175DN HET mice on age-dependent connectivity between different brain regions and networks where we demonstrate that connectivity strength follows a nonlinear, inverted U-shape pattern, a well-known phenomenon of development and normal aging. Conversely, the neuropathologically driven alteration of connectivity, especially in the default mode and associative cortical networks, showed diminished age-dependent evolution of functional connectivity. These findings reveal that in this Huntington’s disease model, altered connectivity starts with cortical network aberrations which precede striatal connectivity changes, which appear only at a later age. Taken together, these results suggest that the age-dependent cortical network dysfunction seen in rodents could represent a relevant pathological process in Huntington’s disease progression.

Abstract Purpose Positron emission tomography (PET) imaging of mutant huntingtin (mHTT) aggregates is a potential tool to monitor disease progression as well as the efficacy of candidate therapeutic interventions for Huntington’s disease (HD). To date, the focus has been mainly on the investigation of 11 C radioligands; however, favourable 18 F radiotracers will facilitate future clinical translation. This work aimed at characterising the novel [ 18 F]CHDI-650 PET radiotracer using a combination of in vivo and in vitro approaches in a mouse model of HD. Methods After characterising [ 18 F]CHDI-650 using in vitro autoradiography, we assessed in vivo plasma and brain radiotracer stability as well as kinetics through dynamic PET imaging in the heterozygous (HET) zQ175DN mouse model of HD and wild-type (WT) littermates at 9 months of age. Additionally, we performed a head-to-head comparison study at 3 months with the previously published [ 11 C]CHDI-180R radioligand. Results Plasma and brain radiometabolite profiles indicated a suitable metabolic profile for in vivo imaging of [ 18 F]CHDI-650. Both in vitro autoradiography and in vivo [ 18 F]CHDI-650 PET imaging at 9 months of age demonstrated a significant genotype effect ( p <0.0001) despite the poor test-retest reliability. [ 18 F]CHDI-650 PET imaging at 3 months of age displayed higher differentiation between genotypes when compared to [ 11 C]CHDI-180R. Conclusion Overall, [ 18 F]CHDI-650 allows for discrimination between HET and WT zQ175DN mice at 9 and 3 months of age. [ 18 F]CHDI-650 represents the first suitable 18 F radioligand to image mHTT aggregates in mice and its clinical evaluation is underway.

Background Evidence from animal studies and post-mortem studies of brains from people with Huntington's disease (PwHD) has suggested that the kynurenine pathway (KP) may be dysregulated in Huntington's disease (HD). Objective To determine whether there are differences in KP metabolites in the cerebrospinal fluid (CSF) and plasma of PwHD vs. healthy controls enrolled in the HDClarity study. Methods CSF and plasma samples from 141 PwHD with mild and moderate manifest disease and 75 healthy controls were analyzed for 3-hydroxykynurenine (3-OH-KYN), quinolinic acid, kynurenine, anthranilic acid, kynurenic acid, and tryptophan concentrations using validated high-performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry methods. The primary and secondary endpoints compared metabolite concentrations between groups, and an exploratory analysis (PwHD only) evaluated the association between the metabolite levels and severity of disease. Results No significant differences in CSF or plasma concentrations of any of the six KP metabolites were observed between PwHD and controls, and there were no strong associations between the concentration of any KP metabolite and disease severity. A principal component analysis of the combined CSF and plasma measures showed a substantial positive correlation among all metabolites except for tryptophan in plasma. Conclusions We found no evidence to support the hypothesis of dysregulation of KP metabolites in HD based on CSF and plasma metabolite levels. The monitoring of KP metabolites in CSF or plasma is unlikely to serve as a pharmacodynamic biomarker for disease progression or therapeutic intervention in HD.

Abstract We have developed a novel inducible Huntington’s disease (HD) mouse model that allows temporal control of whole-body allele-specific mutant Huntingtin (m Htt ) expression. We asked whether moderate global lowering of m Htt (∼50%) was sufficient for long-term amelioration of HD-related deficits and, if so, whether early m Htt lowering (before measurable deficits) was required. Both early and late m Htt lowering delayed behavioral dysfunction and mHTT protein aggregation, as measured biochemically. However, long-term follow up revealed that the benefits, in all m Htt lowering groups, attenuated by 12 months of age. While early m Htt lowering attenuated cortical and striatal transcriptional dysregulation evaluated at 6 months of age, the benefits diminished by 12- months of age and late m Htt lowering was unable to ameliorate striatal transcriptional dysregulation at 12 months of age. Only early m Htt lowering delayed the elevation in cerebrospinal fluid neurofilament light chain that we observed in our model starting at 9 months of age. As small-molecule HTT -lowering therapeutics progress to the clinic, our findings suggest that moderate m Htt lowering allows disease progression to continue, albeit at a slower rate, and could be relevant to the degree of m HTT lowering required to sustain long-term benefit in humans.

Abstract Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by expanded (≥40) glutamine-encoding CAG repeats in the huntingtin gene, which leads to dysfunction and death of predominantly striatal and cortical neurons. While the genetic profile and behavioural signs of the disease are better known, changes in the functional architecture of the brain, especially before the behavioural symptoms become apparent, are not fully and consistently characterized. In this study, we sought markers at pre, early and late manifest states of phenotypic progression in the heterozygous (HET) zQ175 delta-neo (DN) mouse model, using resting-state functional magnetic resonance imaging (RS-fMRI). This mouse model shows molecular, cellular and circuitry alterations that resemble those seen in HD in humans. Specifically, we investigated, longitudinally, changes in co-activation patterns (CAPs) that are the transient states of brain activity constituting the resting-state networks (RSNs). Most robust changes in the temporal properties of CAPs occurred at the late manifest state; the durations of two anti-correlated CAPs, characterized by simultaneous co-activation of default-mode like network (DMLN) and co-deactivation of lateral-cortical network (LCN) and vice-versa, were reduced in the zQ175 DN HET animals compared to the wild-type mice. Changes in the spatial properties, measured in terms of activation levels of different brain regions, during CAPs were found at all three states and became progressively more pronounced at the manifest states. We then assessed the cross-validated predictive power of CAP metrics to distinguish HET animals from controls. Spatial properties of CAPs performed significantly better than the chance level at all three states with 80% classification accuracy at the early and late manifest states.