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).

Interleukin-6 (IL-6), leukemia inhibitory factor, oncostatin M, interleukin-11, and ciliary neurotrophic factor bind to receptor complexes that share the signal transducer gp130. Upon binding, the ligands rapidly activate DNA binding of acute-phase response factor (APRF), a protein antigenically related to the p91 subunit of the interferon-stimulated gene factor-3 alpha (ISGF-3 alpha). These cytokines caused tyrosine phosphorylation of APRF and ISGF-3 alpha p91. Protein kinases of the Jak family were also rapidly tyrosine phosphorylated, and both APRF and Jak1 associated with gp130. These data indicate that Jak family protein kinases may participate in IL-6 signaling and that APRF may be activated in a complex with gp130.

MOTONEURONS innervating the skeletal musculature were among the first neurons shown to require the presence of their target cells to develop appropriately1,2. But the characterization of molecules allowing motoneuron survival has been difficult. Ciliary neurotrophic factor prevents the death of motoneurons3–6, but its gene is not expressed during development7. Although the presence of a neurotrophin receptor on developing motoneurons8–10 has suggested a role for neurotrophins, none could be shown to promote motoneuron survival in vitro3. We report here that brain-derived neurotrophic factor can prevent the death of axotomized motoneurons in newborn rats, suggesting a role for this neurotrophin for motoneuron survival in vivo.

Proximal spinal muscular atrophy is an autosomal recessive human disease of spinal motor neurons leading to muscular weakness with onset predominantly in infancy and childhood. With an estimated heterozygote frequency of 1/40 it is the most common monogenic disorder lethal to infants; milder forms represent the second most common pediatric neuromuscular disorder. Two candidate genes—survival motor neuron ( SMN ) and neuronal apoptosis inhibitory protein have been identified on chromosome 5q13 by positional cloning. However, the functional impact of these genes and the mechanism leading to a degeneration of motor neurons remain to be defined. To analyze the role of the SMN gene product in vivo we generated SMN -deficient mice. In contrast to the human genome, which contains two copies, the mouse genome contains only one SMN gene. Mice with homozygous SMN disruption display massive cell death during early embryonic development, indicating that the SMN gene product is necessary for cellular survival and function.

The Delta-Notch signaling pathway plays a central role in the development of most vertebrate organs. The Hey family of bHLH transcription factors are direct targets of Notch signaling. Loss of Hey2 in the mouse leads to cardiac defects with high postnatal lethality. We have now generated a mouse Hey1 knockout that has no apparent phenotypic defect. The combined loss of Hey1 and Hey2, however, results in embryonic death after embryonic day 9.5 (E9.5) with a global lack of vascular remodeling and massive hemorrhage. Initial vasculogenesis appears unaffected, but all subsequently developing major vessels in the embryo and yolk sac are either small or absent. Furthermore, the placental labyrinth completely lacks embryonic blood vessels. Similar vascular defects are observed in Jagged1 and Notch1 knockout mice. In the latter we found Hey1 and Hey2 expression in yolk sacs to be strongly reduced. Remaining large arteries in both Notch1 and Hey1/Hey2 knockout mice fail to express the arterial endothelial markers CD44, neuropilin1, and ephrin-B2. This indicates that Hey1/Hey2 are essential transducers of Notch signals in cardiovascular development that may mediate arterial cell fate decision.

CILIARY neurotrophic factor (CNTF) was originally characterized as a survival factor for chick ciliary neurons in vitro1. More recently, it was shown to promote the survival of a variety of other neuronal cell types2,3 and to affect the differentiation of E7 chick sympathetic neurons by inhibiting their proliferation and by inducing the expression of vasoactive intestinal peptide immunoreac-tivity (VIP-IR) 4. In cultures of dissociated sympathetic neurons from newborn rats, CNTF induces cholinergic differentiation as shown by increased levels of choline acetyltransferase (ChAT) 5. This increase is paralleled by a reduction of tyrosine hydroxylase (TH) activity. Moreover, CNTF promotes the differentiation of bipotential 02A progenitor cells to type-2-astrocytes6in vitro. To help establish which, if any, of these functions CNTF exerts in vivo, it is necessary to determine its primary structure, cellular expression, developmental regulation and localization. The complementary DNA-deduced amino-acid sequence and subsequent expression of cDNA clones covering the entire coding region in HeLa-cells indicate that CNTF is a cytosolic protein. This, together with its regional distribution and its developmental expression, show that CNTF is not a target-derived neurotrophic factor. CNTF thus seems to exhibit neurotrophic and differentiation properties only after becoming available either by cellular lesion or by an unknown release mechanism.

Spinal muscular atrophy (SMA), a common autosomal recessive form of motoneuron disease in infants and young adults, is caused by mutations in the survival motoneuron 1 (SMN1) gene. The corresponding gene product is part of a multiprotein complex involved in the assembly of spliceosomal small nuclear ribonucleoprotein complexes. It is still not understood why reduced levels of the ubiquitously expressed SMN protein specifically cause motoneuron degeneration. Here, we show that motoneurons isolated from an SMA mouse model exhibit normal survival, but reduced axon growth. Overexpression of Smn or its binding partner, heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) R, promotes neurite growth in differentiating PC12 cells. Reduced axon growth in Smn-deficient motoneurons correlates with reduced β-actin protein and mRNA staining in distal axons and growth cones. We also show that hnRNP R associates with the 3′ UTR of β-actin mRNA. Together, these data suggest that a complex of Smn with its binding partner hnRNP R interacts with β-actin mRNA and translocates to axons and growth cones of motoneurons.

In previous studies, it has been demonstrated that ciliary neurotrophic factor (CNTF) has a potent survival effect on various populations of neurons in culture, in particular, neurons isolated from chick ciliary, dorsal root sensory, and sympathetic ganglia (Barbin et al., 1984). After recent investigations demonstrated that CNTF prevents the degeneration of motoneurons in newborn rats after axonal lesion (Sendtner et al., 1990), the question arose as to whether CNTF also has a survival effect on embryonic chick motoneurons at the developmental stage where physiological cell death occurs. To study this, it was essential to develop an isolation and culture procedure for the survival of chick E6 spinal motoneurons in which non-neuronal cells were eliminated and the motoneurons were highly enriched. In these cultures, virtually all of the initially plated motoneurons survived for at least 3 d in the presence of muscle extract, which was chosen as a positive control. Retrograde labeling of the motoneurons prior to their isolation showed that there is more than an 80% enrichment for motoneurons by the method used. The retrogradely labeled neurons also fulfilled the morphological criteria (diameter of neurons, appearance of processes) to identify motoneurons independent of retrograde labeling. Under these conditions, CNTF at a concentration of 1.5 ng/ml (EC50, 0.023 ng/ml) supported maximally 64% of the initially plated spinal motoneurons after 3 d and 53% after 6 d (the longest time period investigated). Other neurotrophic factors, such as NGF, brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and neurotrophin-3, had no survival effect at all, even at concentrations up to 10 micrograms/ml for NGF and BDNF.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)