Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that is familial in 10% of cases. We have identified a missense mutation in the gene encoding fused in sarcoma (FUS) in a British kindred, linked to ALS6. In a survey of 197 familial ALS index cases, we identified two further missense mutations in eight families. Postmortem analysis of three cases with FUS mutations showed FUS-immunoreactive cytoplasmic inclusions and predominantly lower motor neuron degeneration. Cellular expression studies revealed aberrant localization of mutant FUS protein. FUS is involved in the regulation of transcription and RNA splicing and transport, and it has functional homology to another ALS gene, TARDBP , which suggests that a common mechanism may underlie motor neuron degeneration.

Algorithms designed to identify canonical yeast prions predict that around 250 human proteins, including several RNA-binding proteins associated with neurodegenerative disease, harbour a distinctive prion-like domain (PrLD) enriched in uncharged polar amino acids and glycine. PrLDs in RNA-binding proteins are essential for the assembly of ribonucleoprotein granules. However, the interplay between human PrLD function and disease is not understood. Here we define pathogenic mutations in PrLDs of heterogeneous nuclear ribonucleoproteins (hnRNPs) A2B1 and A1 in families with inherited degeneration affecting muscle, brain, motor neuron and bone, and in one case of familial amyotrophic lateral sclerosis. Wild-type hnRNPA2 (the most abundant isoform of hnRNPA2B1) and hnRNPA1 show an intrinsic tendency to assemble into self-seeding fibrils, which is exacerbated by the disease mutations. Indeed, the pathogenic mutations strengthen a ‘steric zipper’ motif in the PrLD, which accelerates the formation of self-seeding fibrils that cross-seed polymerization of wild-type hnRNP. Notably, the disease mutations promote excess incorporation of hnRNPA2 and hnRNPA1 into stress granules and drive the formation of cytoplasmic inclusions in animal models that recapitulate the human pathology. Thus, dysregulated polymerization caused by a potent mutant steric zipper motif in a PrLD can initiate degenerative disease. Related proteins with PrLDs should therefore be considered candidates for initiating and perhaps propagating proteinopathies of muscle, brain, motor neuron and bone. The identification of pathogenic mutations within prion-like domains (PrLDs) of the RNA-binding proteins hnRNPA2B1 and hnRNPA1 add to our understanding of how mutations in these proteins lead to degenerative disease, and highlight the potential importance of PrLDs in degenerative diseases of the nervous system, muscle and bone. How do mutations in RNA-binding proteins cause human disease, and neurodegeneration in particular? Hong Joo Kim et al. have identified mutations in two RNA-binding proteins, hnRNPA2B1 and hnRNPA1, in two families with inclusion body myopathy with frontotemporal dementia. Both of the mutations lie within a highly conserved part of a protein domain that has similarities to prion proteins, and a tendency to aggregate. This aggregation is enhanced by the mutations. The mutated prion-like domain of hnRNPA2 can functionally replace that of a yeast prion protein and reproduce its prion-like behaviour. These findings have relevance to the pathogenesis of degenerative diseases and proteinopathies such as amyotrophic lateral sclerosis.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating neurological disease with no effective treatment. We report the results of a moderate-scale sequencing study aimed at increasing the number of genes known to contribute to predisposition for ALS. We performed whole-exome sequencing of 2869 ALS patients and 6405 controls. Several known ALS genes were found to be associated, and TBK1 (the gene encoding TANK-binding kinase 1) was identified as an ALS gene. TBK1 is known to bind to and phosphorylate a number of proteins involved in innate immunity and autophagy, including optineurin (OPTN) and p62 (SQSTM1/sequestosome), both of which have also been implicated in ALS. These observations reveal a key role of the autophagic pathway in ALS and suggest specific targets for therapeutic intervention.

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.

To analyze the presentation, localization, surgical management, pathology, and long-term outcome of a large series of patients with pheochromocytomas.There are several areas of controversy pertaining to pheochromocytomas. Although many studies report a higher rate of malignancy for extraadrenal pheochromocytomas than for adrenal pheochromocytomas, the number of patients with the former tumor are small and statistical analysis is lacking. There has also been recent debate as to whether microscopic features of the tumor may be predictive of future behavior.From 1950 to 1998, the authors observed 108 pheochromocytomas in 104 patients. The outcome of these patients has been followed prospectively. The medical records of these patients were reviewed for data on the presentation, localization, surgical management, pathology, and outcome. Patient survival was analyzed using Kaplan-Meier survival distributions.This study included 66 female patients and 38 male patients. The average age at surgery was 42.3 years. Sporadic cases accounted for 84% of the patients; the other 16% had multiple endocrine neoplasia type 2, von Recklinghausen's disease, von Hippel-Lindau disease, or Carney's syndrome. Of 64 adrenal tumors, 55 were initially considered benign, 6 had microscopic malignant features, and 3 had malignant disease. Mean patient follow-up was 12.6 years. To date, in five additional patients (none with microscopic disease) malignant disease developed (13% overall rate of malignancy). Recurrence occurred as late as 15 years after resection. Of 26 extraadrenal pheochromocytomas, 14 were initially considered benign, 8 had microscopic malignant features, and 4 had malignant disease. Thus, 46% of patients had either malignant disease or tumors with malignant features. Mean patient follow-up was 11.5 years. In one patient with benign disease and in one patient with malignant features, malignant disease developed (23% overall rate of malignancy). The difference in the rate of malignancy was not statistically significant between adrenal and extraadrenal pheochromocytomas. Patients with adrenal and extraadrenal pheochromocytomas also had similar rates of survival (p = NS).The data suggest that patients with extraadrenal pheochromocytomas have the same risk of malignancy and the same overall survival as patients with adrenal pheochromocytomas. Lifelong follow-up of these patients is mandatory.

The GGGGCC (G4C2) intronic repeat expansion within C9ORF72 is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). Intranuclear neuronal RNA foci have been observed in ALS and FTD tissues, suggesting that G4C2 RNA may be toxic. Here, we demonstrate that the expression of 38× and 72× G4C2 repeats form intranuclear RNA foci that initiate apoptotic cell death in neuronal cell lines and zebrafish embryos. The foci colocalize with a subset of RNA binding proteins, including SF2, SC35, and hnRNP-H in transfected cells. Only hnRNP-H binds directly to G4C2 repeats following RNA immunoprecipitation, and only hnRNP-H colocalizes with 70% of G4C2 RNA foci detected in C9ORF72 mutant ALS and FTD brain tissues. We show that expanded G4C2 repeats are potently neurotoxic and bind hnRNP-H and other RNA binding proteins. We propose that RNA toxicity and protein sequestration may disrupt RNA processing and contribute to neurodegeneration.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are both relentlessly progressive and ultimately fatal neurological disorders. ALS is familial in approximately 10% of cases and FTD in approximately 30%. Inheritance is usually autosomal dominant with variable penetrance. Phenotypic overlap between ALS and FTD can occur within the same kindred. Mutations in copper/zinc superoxide dismutase 1 (SOD1) are found in approximately 20% of familial and approximately 3% of sporadic ALS cases but are not associated with dementia. Mutations in microtubule associated protein tau (MAPT) are detected in approximately 30% of familial FTD kindreds. Dominant ALS with FTD has previously been linked to 9q21 and pure ALS to loci on 16q21, 18q21, 20p13. Here we report the results of a genome-wide linkage study in a large ALS and FTD kindred using Affymetrix 10K GeneChip microarrays. Linkage analysis of single nucleotide polymorphism (SNP) data identified consistently positive log of the odds (LOD) scores across chromosome 9p (maximal LOD score of 2.4). Fine mapping the region with microsatellite markers generated a maximal multipoint LOD score of 3.02 (theta = 0) at D9S1878. Recombination narrowed the conserved haplotype to 12 cM (11 Mb) at 9p13.2-21.3 (flanking markers D9S2154 and D9S1874). Bioinformatic analysis of the region has identified 103 known genes.

Exome sequencing is an effective strategy for identifying human disease genes. However, this methodology is difficult in late-onset diseases where limited availability of DNA from informative family members prohibits comprehensive segregation analysis. To overcome this limitation, we performed an exome-wide rare variant burden analysis of 363 index cases with familial ALS (FALS). The results revealed an excess of patient variants within TUBA4A, the gene encoding the Tubulin, Alpha 4A protein. Analysis of a further 272 FALS cases and 5,510 internal controls confirmed the overrepresentation as statistically significant and replicable. Functional analyses revealed that TUBA4A mutants destabilize the microtubule network, diminishing its repolymerization capability. These results further emphasize the role of cytoskeletal defects in ALS and demonstrate the power of gene-based rare variant analyses in situations where causal genes cannot be identified through traditional segregation analysis.

Abstract Annexin A11 mutations are a rare cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), wherein replicated protein variants P36R, G38R, D40G and D40Y are located in a small-alpha helix within the long, disordered N-terminus. To elucidate disease mechanisms, we characterised the phenotypes induced by a genetic loss of function (LoF) and by misexpression of G38R and D40G in vivo. Loss of Annexin A11 results in a low-penetrant behavioural phenotype and aberrant axonal morphology in zebrafish homozygous knockout larvae, which is rescued by human WT Annexin A11. Both Annexin A11 knockout/down and ALS variants trigger nuclear dysfunction characterised by Lamin B2 mis-localisation. The Lamin B2 signature also presented in anterior horn, spinal cord neurons from post-mortem ALS+/-FTD patient tissue possessing G38R and D40G protein variants. These findings suggest mutant Annexin A11 acts as a dominant negative, revealing a potential early nucleopathy highlighting nuclear envelope abnormalities preceding behavioural abnormality in animal models.