Variable, glutamine-encoding, CAA interruptions indicate that a property of the uninterrupted HTT CAG repeat sequence, distinct from the length of huntingtin's polyglutamine segment, dictates the rate at which Huntington's disease (HD) develops. The timing of onset shows no significant association with HTT cis-eQTLs but is influenced, sometimes in a sex-specific manner, by polymorphic variation at multiple DNA maintenance genes, suggesting that the special onset-determining property of the uninterrupted CAG repeat is a propensity for length instability that leads to its somatic expansion. Additional naturally occurring genetic modifier loci, defined by GWAS, may influence HD pathogenesis through other mechanisms. These findings have profound implications for the pathogenesis of HD and other repeat diseases and question the fundamental premise that polyglutamine length determines the rate of pathogenesis in the "polyglutamine disorders."

The activity of the ERK has complex spatial and temporal dynamics that are important for the specificity of downstream effects. However, current biochemical techniques do not allow for the measurement of ERK signaling with fine spatiotemporal resolution. We developed a genetically encoded, FRET-based sensor of ERK activity (the extracellular signal-regulated kinase activity reporter, EKAR), optimized for signal-to-noise ratio and fluorescence lifetime imaging. EKAR selectively and reversibly reported ERK activation in HEK293 cells after epidermal growth factor stimulation. EKAR signals were correlated with ERK phosphorylation, required ERK activity, and did not report the activities of JNK or p38. EKAR reported ERK activation in the dendrites and nucleus of hippocampal pyramidal neurons in brain slices after theta-burst stimuli or trains of back-propagating action potentials. EKAR therefore permits the measurement of spatiotemporal ERK signaling dynamics in living cells, including in neuronal compartments in intact tissues.

SUMMARY The effects of variable, glutamine-encoding, CAA interruptions indicate that a property of the uninterrupted HTT CAG repeat sequence, distinct from huntingtin’s polyglutamine segment, dictates the rate at which HD develops. The timing of onset shows no significant association with HTT cis -eQTLs but is influenced, sometimes in a sex-specific manner, by polymorphic variation at multiple DNA maintenance genes, suggesting that the special onset-determining property of the uninterrupted CAG repeat is a propensity for length instability that leads to its somatic expansion. Additional naturally-occurring genetic modifier loci, defined by GWAS, may influence HD pathogenesis through other mechanisms. These findings have profound implications for the pathogenesis of HD and other repeat diseases and question a fundamental premise of the “polyglutamine disorders”.