Several families have been reported with autosomal-dominant frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS), genetically linked to chromosome 9p21. Here, we report an expansion of a noncoding GGGGCC hexanucleotide repeat in the gene C9ORF72 that is strongly associated with disease in a large FTD/ALS kindred, previously reported to be conclusively linked to chromosome 9p. This same repeat expansion was identified in the majority of our families with a combined FTD/ALS phenotype and TDP-43-based pathology. Analysis of extended clinical series found the C9ORF72 repeat expansion to be the most common genetic abnormality in both familial FTD (11.7%) and familial ALS (23.5%). The repeat expansion leads to the loss of one alternatively spliced C9ORF72 transcript and to formation of nuclear RNA foci, suggesting multiple disease mechanisms. Our findings indicate that repeat expansion in C9ORF72 is a major cause of both FTD and ALS.

Frontotemporal dementia (FTD) is a clinical syndrome with a heterogeneous molecular basis. The neuropathology associated with most FTD is characterized by abnormal cellular aggregates of either transactive response DNA-binding protein with Mr 43 kDa (TDP-43) or tau protein. However, we recently described a subgroup of FTD patients, representing around 10%, with an unusual clinical phenotype and pathology characterized by frontotemporal lobar degeneration with neuronal inclusions composed of an unidentified ubiquitinated protein (atypical FTLD-U; aFTLD-U). All cases were sporadic and had early-onset FTD with severe progressive behavioural and personality changes in the absence of aphasia or significant motor features. Mutations in the fused in sarcoma (FUS) gene have recently been identified as a cause of familial amyotrophic lateral sclerosis, with these cases reported to have abnormal cellular accumulations of FUS protein. Because of the recognized clinical, genetic and pathological overlap between FTD and amyotrophic lateral sclerosis, we investigated whether FUS might also be the pathological protein in aFTLD-U. In all our aFTLD-U cases (n = 15), FUS immunohistochemistry labelled all the neuronal inclusions and also demonstrated previously unrecognized glial pathology. Immunoblot analysis of protein extracted from post-mortem aFTLD-U brain tissue demonstrated increased levels of insoluble FUS. No mutations in the FUS gene were identified in any of our patients. These findings suggest that FUS is the pathological protein in a significant subgroup of sporadic FTD and reinforce the concept that FTD and amyotrophic lateral sclerosis are closely related conditions.

Abstract To identify novel causes of familial neurodegenerative diseases, we extended our previous studies of TAR DNA‐binding protein 43 (TDP‐43) proteinopathies to investigate TDP‐43 as a candidate gene in familial cases of motor neuron disease. Sequencing of the TDP‐43 gene led to the identification of a novel missense mutation, Ala‐315‐Thr, which segregates with all affected members of an autosomal dominant motor neuron disease family. The mutation was not found in 1,505 healthy control subjects. The discovery of a missense mutation in TDP‐43 in a family with dominantly inherited motor neuron disease provides evidence of a direct link between altered TDP‐43 function and neurodegeneration. Ann Neurol 2008

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are age-related neurodegenerative disorders with shared genetic etiologies and overlapping clinical and pathological features. Here we studied a novel ALS/FTD family and identified the P362L mutation in the low-complexity domain (LCD) of T cell-restricted intracellular antigen-1 (TIA1). Subsequent genetic association analyses showed an increased burden of TIA1 LCD mutations in ALS patients compared to controls (p = 8.7 × 10-6). Postmortem neuropathology of five TIA1 mutations carriers showed a consistent pathological signature with numerous round, hyaline, TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43)-positive inclusions. TIA1 mutations significantly increased the propensity of TIA1 protein to undergo phase transition. In live cells, TIA1 mutations delayed stress granule (SG) disassembly and promoted the accumulation of non-dynamic SGs that harbored TDP-43. Moreover, TDP-43 in SGs became less mobile and insoluble. The identification of TIA1 mutations in ALS/FTD reinforces the importance of RNA metabolism and SG dynamics in ALS/FTD pathogenesis.

Null mutations in the progranulin gene ( PGRN ) were recently reported to cause tau-negative frontotemporal dementia linked to chromosome 17. We assessed the genetic contribution of PGRN mutations in an extended population of patients with frontotemporal lobar degeneration (FTLD) ( N =378). Mutations were identified in 10% of the total FTLD population and 23% of patients with a positive family history. This mutation frequency dropped to 5% when analysis was restricted to an unbiased FTLD subpopulation ( N =167) derived from patients referred to Alzheimer's Disease Research Centers (ADRC). Among the ADRC patients, PGRN mutations were equally frequent as mutations in the tau gene ( MAPT ). We identified 23 different pathogenic PGRN mutations, including a total of 21 nonsense, frameshift and splice-site mutations that cause premature termination of the coding sequence and degradation of the mutant RNA by nonsense-mediated decay. We also observed an unusual splice-site mutation in the exon 1 5′ splice site, which leads to loss of the Kozac sequence, and a missense mutation in the hydrophobic core of the PGRN signal peptide. Both mutations revealed novel mechanisms that result in loss of functional PGRN. One mutation, c.1477C>T (p.Arg493X), was detected in eight independently ascertained familial FTLD patients who were shown to share a common extended haplotype over the PGRN genomic region. Clinical examination of patients with PGRN mutations revealed highly variable onset ages with language dysfunction as a common presenting symptom. Neuropathological examination showed FTLD with ubiquitin-positive cytoplasmic and intranuclear inclusions in all PGRN mutation carriers.

Rosa Rademakers and colleagues show that mutations in CSF1R cause hereditary diffuse leukoencephalopathy with spheroids, a central nervous system white-matter disease with variable clinical presentations that include personality and behavioral changes, dementia, depression, parkinsonism and seizures. Hereditary diffuse leukoencephalopathy with spheroids (HDLS) is an autosomal-dominant central nervous system white-matter disease with variable clinical presentations, including personality and behavioral changes, dementia, depression, parkinsonism, seizures and other phenotypes1,2. We combined genome-wide linkage analysis with exome sequencing and identified 14 different mutations affecting the tyrosine kinase domain of the colony stimulating factor 1 receptor (encoded by CSF1R) in 14 families with HDLS. In one kindred, we confirmed the de novo occurrence of the mutation. Follow-up sequencing identified an additional CSF1R mutation in an individual diagnosed with corticobasal syndrome. In vitro, CSF-1 stimulation resulted in rapid autophosphorylation of selected tyrosine residues in the kinase domain of wild-type but not mutant CSF1R, suggesting that HDLS may result from partial loss of CSF1R function. As CSF1R is a crucial mediator of microglial proliferation and differentiation in the brain, our findings suggest an important role for microglial dysfunction in HDLS pathogenesis.

The TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43) has been identified as the major disease protein in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal lobar degeneration with ubiquitin inclusions (FTLD-U), defining a novel class of neurodegenerative conditions: the TDP-43 proteinopathies. The first pathogenic mutations in the gene encoding TDP-43 (TARDBP) were recently reported in familial and sporadic ALS patients, supporting a direct role for TDP-43 in neurodegeneration. In this study, we report the identification and functional analyses of two novel and one known mutation in TARDBP that we identified as a result of extensive mutation analyses in a cohort of 296 patients with variable neurodegenerative diseases associated with TDP-43 histopathology. Three different heterozygous missense mutations in exon 6 of TARDBP (p.M337V, p.N345K, and p.I383V) were identified in the analysis of 92 familial ALS patients (3.3%), while no mutations were detected in 24 patients with sporadic ALS or 180 patients with other TDP-43–positive neurodegenerative diseases. The presence of p.M337V, p.N345K, and p.I383V was excluded in 825 controls and 652 additional sporadic ALS patients. All three mutations affect highly conserved amino acid residues in the C-terminal part of TDP-43 known to be involved in protein-protein interactions. Biochemical analysis of TDP-43 in ALS patient cell lines revealed a substantial increase in caspase cleaved fragments, including the ∼25 kDa fragment, compared to control cell lines. Our findings support TARDBP mutations as a cause of ALS. Based on the specific C-terminal location of the mutations and the accumulation of a smaller C-terminal fragment, we speculate that TARDBP mutations may cause a toxic gain of function through novel protein interactions or intracellular accumulation of TDP-43 fragments leading to apoptosis.