Andrew Singleton, Thomas Gasser and colleagues report results of a genome-wide association study of Parkinson's disease among individuals of European ancestry. They find genome-wide significant associations at two loci, SNCA and MAPT, and provide supporting evidence for a new risk locus on 1q32. We performed a genome-wide association study (GWAS) in 1,713 individuals of European ancestry with Parkinson's disease (PD) and 3,978 controls. After replication in 3,361 cases and 4,573 controls, we observed two strong association signals, one in the gene encoding α-synuclein (SNCA; rs2736990, OR = 1.23, P = 2.24 × 10−16) and another at the MAPT locus (rs393152, OR = 0.77, P = 1.95 × 10−16). We exchanged data with colleagues performing a GWAS in Japanese PD cases. Association to PD at SNCA was replicated in the Japanese GWAS1, confirming this as a major risk locus across populations. We replicated the effect of a new locus detected in the Japanese cohort (PARK16, rs823128, OR = 0.66, P = 7.29 × 10−8) and provide supporting evidence that common variation around LRRK2 modulates risk for PD (rs1491923, OR = 1.14, P = 1.55 × 10−5). These data demonstrate an unequivocal role for common genetic variants in the etiology of typical PD and suggest population-specific genetic heterogeneity in this disease.

Background The genetic cause of intellectual disability in most patients is unclear because of the absence of morphological clues, information about the position of such genes, and suitable screening methods. Our aim was to identify de-novo variants in individuals with sporadic non-syndromic intellectual disability. Methods In this study, we enrolled children with intellectual disability and their parents from ten centres in Germany and Switzerland. We compared exome sequences between patients and their parents to identify de-novo variants. 20 children and their parents from the KORA Augsburg Diabetes Family Study were investigated as controls. Findings We enrolled 51 participants from the German Mental Retardation Network. 45 (88%) participants in the case group and 14 (70%) in the control group had de-novo variants. We identified 87 de-novo variants in the case group, with an exomic mutation rate of 1·71 per individual per generation. In the control group we identified 24 de-novo variants, which is 1·2 events per individual per generation. More participants in the case group had loss-of-function variants than in the control group (20/51 vs 2/20; p=0·022), suggesting their contribution to disease development. 16 patients carried de-novo variants in known intellectual disability genes with three recurrently mutated genes (STXBP1, SYNGAP1, and SCN2A). We deemed at least six loss-of-function mutations in six novel genes to be disease causing. We also identified several missense alterations with potential pathogenicity. Interpretation After exclusion of copy-number variants, de-novo point mutations and small indels are associated with severe, sporadic non-syndromic intellectual disability, accounting for 45–55% of patients with high locus heterogeneity. Autosomal recessive inheritance seems to contribute little in the outbred population investigated. The large number of de-novo variants in known intellectual disability genes is only partially attributable to known non-specific phenotypes. Several patients did not meet the expected syndromic manifestation, suggesting a strong bias in present clinical syndrome descriptions. Funding German Ministry of Education and Research, European Commission 7th Framework Program, and Swiss National Science Foundation.

Recently targeted disruption of Omi/HtrA2 has been found to cause neurodegeneration and a parkinsonian phenotype in mice. Using a candidate gene approach, we performed a mutation screening of the Omi/HtrA2 gene in German Parkinson's disease (PD) patients. In four patients, we identified a novel heterozygous G399S mutation, which was absent in healthy controls. Moreover, we identified a novel A141S polymorphism that was associated with PD (P<0.05). Both mutations resulted in defective activation of the protease activity of Omi/HtrA2. Immunohistochemistry and functional analysis in stably transfected cells revealed that S399 mutant Omi/HtrA2 and to a lesser extent, the risk allele of the A141S polymorphism induced mitochondrial dysfunction associated with altered mitochondrial morphology. Cells overexpressing S399 mutant Omi/HtrA2 were more susceptible to stress-induced cell death than wild-type. On the basis of functional genomics, our results provide a novel link between mitochondrial dysfunction and neurodegeneration in PD.

Abstract Fast and reliable detection of patients with severe and heterogeneous illnesses is a major goal of precision medicine 1,2 . Patients with leukaemia can be identified using machine learning on the basis of their blood transcriptomes 3 . However, there is an increasing divide between what is technically possible and what is allowed, because of privacy legislation 4,5 . Here, to facilitate the integration of any medical data from any data owner worldwide without violating privacy laws, we introduce Swarm Learning—a decentralized machine-learning approach that unites edge computing, blockchain-based peer-to-peer networking and coordination while maintaining confidentiality without the need for a central coordinator, thereby going beyond federated learning. To illustrate the feasibility of using Swarm Learning to develop disease classifiers using distributed data, we chose four use cases of heterogeneous diseases (COVID-19, tuberculosis, leukaemia and lung pathologies). With more than 16,400 blood transcriptomes derived from 127 clinical studies with non-uniform distributions of cases and controls and substantial study biases, as well as more than 95,000 chest X-ray images, we show that Swarm Learning classifiers outperform those developed at individual sites. In addition, Swarm Learning completely fulfils local confidentiality regulations by design. We believe that this approach will notably accelerate the introduction of precision medicine.

Identification and replication of susceptibility genes for Parkinson disease at the population level have been hampered by small studies with potential biases. Alpha-synuclein (SNCA) has been one of the most promising susceptibility genes, but large-scale studies have been lacking.To determine whether allele-length variability in the dinucleotide repeat sequence (REP1) of the SNCA gene promoter is associated with Parkinson disease susceptibility, whether SNCA promoter haplotypes are associated with Parkinson disease, and whether REP1 variability modifies age at onset.We performed a collaborative analysis of individual-level data on SNCA REP1 and flanking markers in patients with Parkinson disease and controls. Study site recruitment, data collection, and analyses were performed between April 5, 2004, and December 31, 2005. Eighteen participating sites of a global genetics consortium provided clinical data. Genotyping was performed for SNCA REP1, -770, and -116 markers at individual sites; however, each site also provided 20 DNA samples for regenotyping centrally.Measures included estimations of Hardy-Weinberg equilibrium in controls; a test of heterogeneity; analyses for association of single variants or haplotypes; and survival analyses for age at onset.Of the 18 sites, 11 met stringent criteria for concordance with Hardy-Weinberg equilibrium and low genotyping error rate. These 11 sites provided complete data for 2692 cases and 2652 controls. There was no heterogeneity across studies (P>.60). The SNCA REP1 alleles differed in frequency for cases and controls (P<.001). Genotypes defined by the 263 base-pair allele were associated with Parkinson disease (odds ratio, 1.43; 95% confidence interval, 1.22-1.69; P<.001 for trend). Multilocus haplotypes differed in frequency for cases and controls (global score statistic, P<.001). Two-loci haplotypes were associated with Parkinson disease only when they included REP1 as one of the loci. However, genotypes defined by REP1 alleles did not modify age at onset (P = .55).This large-scale collaborative analysis demonstrates that SNCA REP1 allele-length variability is associated with an increased risk of Parkinson disease.

Background Mitochondrial dysfunction and degradation takes a central role in current paradigms of neurodegeneration in Parkinson's disease (PD). Loss of DJ-1 function is a rare cause of familial PD. Although a critical role of DJ-1 in oxidative stress response and mitochondrial function has been recognized, the effects on mitochondrial dynamics and downstream consequences remain to be determined. Methodology/Principal Findings Using DJ-1 loss of function cellular models from knockout (KO) mice and human carriers of the E64D mutation in the DJ-1 gene we define a novel role of DJ-1 in the integrity of both cellular organelles, mitochondria and lysosomes. We show that loss of DJ-1 caused impaired mitochondrial respiration, increased intramitochondrial reactive oxygen species, reduced mitochondrial membrane potential and characteristic alterations of mitochondrial shape as shown by quantitative morphology. Importantly, ultrastructural imaging and subsequent detailed lysosomal activity analyses revealed reduced basal autophagic degradation and the accumulation of defective mitochondria in DJ-1 KO cells, that was linked with decreased levels of phospho-activated ERK2. Conclusions/Significance We show that loss of DJ-1 leads to impaired autophagy and accumulation of dysfunctional mitochondria that under physiological conditions would be compensated via lysosomal clearance. Our study provides evidence for a critical role of DJ-1 in mitochondrial homeostasis by connecting basal autophagy and mitochondrial integrity in Parkinson's disease.

Abstract To test whether the synucleinopathies Parkinson's disease and multiple system atrophy (MSA) share a common genetic etiology, we performed a candidate single nucleotide polymorphism (SNP) association study of the 384 most associated SNPs in a genome‐wide association study of Parkinson's disease in 413 MSA cases and 3,974 control subjects. The 10 most significant SNPs were then replicated in additional 108 MSA cases and 537 controls. SNPs at the SNCA locus were significantly associated with risk for increased risk for the development of MSA (combined p = 5.5 × 10 12 ; odds ratio 6.2). Ann Neurol 2009;65:610–614

Intellectual disability (ID) is a clinically and genetically heterogeneous common condition that remains etiologically unresolved in the majority of cases. Although several hundred diseased genes have been identified in X-linked, autosomal-recessive, or syndromic types of ID, the establishment of an etiological basis remains a difficult task in unspecific, sporadic cases. Just recently, de novo mutations in SYNGAP1, STXBP1, MEF2C, and GRIN2B were reported as relatively common causes of ID in such individuals. On the basis of a patient with severe ID and a 2.5 Mb microdeletion including ARID1B in chromosomal region 6q25, we performed mutational analysis in 887 unselected patients with unexplained ID. In this cohort, we found eight (0.9%) additional de novo nonsense or frameshift mutations predicted to cause haploinsufficiency. Our findings indicate that haploinsufficiency of ARID1B, a member of the SWI/SNF-A chromatin-remodeling complex, is a common cause of ID, and they add to the growing evidence that chromatin-remodeling defects are an important contributor to neurodevelopmental disorders. Intellectual disability (ID) is a clinically and genetically heterogeneous common condition that remains etiologically unresolved in the majority of cases. Although several hundred diseased genes have been identified in X-linked, autosomal-recessive, or syndromic types of ID, the establishment of an etiological basis remains a difficult task in unspecific, sporadic cases. Just recently, de novo mutations in SYNGAP1, STXBP1, MEF2C, and GRIN2B were reported as relatively common causes of ID in such individuals. On the basis of a patient with severe ID and a 2.5 Mb microdeletion including ARID1B in chromosomal region 6q25, we performed mutational analysis in 887 unselected patients with unexplained ID. In this cohort, we found eight (0.9%) additional de novo nonsense or frameshift mutations predicted to cause haploinsufficiency. Our findings indicate that haploinsufficiency of ARID1B, a member of the SWI/SNF-A chromatin-remodeling complex, is a common cause of ID, and they add to the growing evidence that chromatin-remodeling defects are an important contributor to neurodevelopmental disorders. Intellectual disability (ID) is a severely incapacitating condition that imposes a significant burden on affected individuals and their families. The incidence is estimated at 2%–3%, and severe forms (intelligence quotient [IQ] < 50) account for about 0.5% of all newborns. It is now accepted, at least in developed countries, that the vast majority of cases are of genetic origin.1Ropers H.H. Genetics of early onset cognitive impairment.Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2010; 11: 161-187Crossref PubMed Scopus (265) Google Scholar Some 10% of affected boys are estimated to have an X-linked condition, and in about 80% of X-linked families, the underlying genetic defect has now been uncovered through systematic sequencing of all X-chromosomal coding segments.1Ropers H.H. Genetics of early onset cognitive impairment.Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2010; 11: 161-187Crossref PubMed Scopus (265) Google Scholar, 2Tarpey P.S. Smith R. Pleasance E. Whibley A. Edkins S. Hardy C. O'Meara S. Latimer C. Dicks E. Menzies A. et al.A systematic, large-scale resequencing screen of X-chromosome coding exons in mental retardation.Nat. Genet. 2009; 41: 535-543Crossref PubMed Scopus (467) Google Scholar Autosomal-recessive forms are amenable to positional cloning in consanguineous families, and this strategy has recently led to the identification of an important number of genes harboring recessive mutations.3Abou Jamra R. Philippe O. Raas-Rothschild A. Eck S.H. Graf E. Buchert R. Borck G. Ekici A. Brockschmidt F.F. Nöthen M.M. et al.Adaptor protein complex 4 deficiency causes severe autosomal-recessive intellectual disability, progressive spastic paraplegia, shy character, and short stature.Am. J. Hum. Genet. 2011; 88: 788-795Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (167) Google Scholar, 4Najmabadi H. Hu H. Garshasbi M. Zemojtel T. Abedini S.S. Chen W. Hosseini M. Behjati F. Haas S. Jamali P. et al.Deep sequencing reveals 50 novel genes for recessive cognitive disorders.Nature. 2011; 478: 57-63Crossref PubMed Scopus (690) Google Scholar Investigating sporadic cases from nonconsanguineous couples is more difficult, but the discovery of several genes involved has been enabled by either synaptic candidate-gene approaches or the de novo occurrence of copy-number variants (CNVs) or chromosomal translocations.5Endele S. Rosenberger G. Geider K. Popp B. Tamer C. Stefanova I. Milh M. Kortüm F. Fritsch A. Pientka F.K. et al.Mutations in GRIN2A and GRIN2B encoding regulatory subunits of NMDA receptors cause variable neurodevelopmental phenotypes.Nat. Genet. 2010; 42: 1021-1026Crossref PubMed Scopus (375) Google Scholar, 6Hamdan F.F. Gauthier J. Spiegelman D. Noreau A. Yang Y. Pellerin S. Dobrzeniecka S. Côté M. Perreau-Linck E. Carmant L. et al.Synapse to Disease GroupMutations in SYNGAP1 in autosomal nonsyndromic mental retardation.N. Engl. J. Med. 2009; 360: 599-605Crossref PubMed Scopus (220) Google Scholar, 7Hamdan F.F. Piton A. Gauthier J. Lortie A. Dubeau F. Dobrzeniecka S. Spiegelman D. Noreau A. Pellerin S. Côté M. et al.De novo STXBP1 mutations in mental retardation and nonsyndromic epilepsy.Ann. Neurol. 2009; 65: 748-753Crossref PubMed Scopus (124) Google Scholar, 8Zweier M. Gregor A. Zweier C. Engels H. Sticht H. Wohlleber E. Bijlsma E.K. Holder S.E. Zenker M. Rossier E. et al.Cornelia KrausMutations in MEF2C from the 5q14.3q15 microdeletion syndrome region are a frequent cause of severe mental retardation and diminish MECP2 and CDKL5 expression.Hum. Mutat. 2010; 31: 722-733Crossref PubMed Scopus (125) Google Scholar Whole-exome sequencing in 10 and 20 trios confirmed the power of this technique to identify ID-associated genes, and several studies proposed that many sporadic cases might arise from de novo mutations.9O'Roak B.J. Deriziotis P. Lee C. Vives L. Schwartz J.J. Girirajan S. Karakoc E. Mackenzie A.P. Ng S.B. Baker C. et al.Exome sequencing in sporadic autism spectrum disorders identifies severe de novo mutations.Nat. Genet. 2011; 43: 585-589Crossref PubMed Scopus (886) Google Scholar, 10Vissers L.E. de Ligt J. Gilissen C. Janssen I. Steehouwer M. de Vries P. van Lier B. Arts P. Wieskamp N. del Rosario M. et al.A de novo paradigm for mental retardation.Nat. Genet. 2010; 42: 1109-1112Crossref PubMed Scopus (624) Google Scholar Despite important advances in identifying the underlying genes, some 50% of all cases and the vast majority of unspecific patients remain undiagnosed.11Rauch A. Hoyer J. Guth S. Zweier C. Kraus C. Becker C. Zenker M. Hüffmeier U. Thiel C. Rüschendorf F. et al.Diagnostic yield of various genetic approaches in patients with unexplained developmental delay or mental retardation.Am. J. Med. Genet. A. 2006; 140: 2063-2074Crossref PubMed Scopus (309) Google Scholar This is probably a result of the enormous locus heterogeneity because most genes with autosomal-dominant mutations only account for a few cases each. The German Mental Retardation Network (MRNET) aims to systematically uncover the genetic basis of ID. Over several years, we recruited from eight different medical-genetics centers a large study group of affected individuals mostly of German origin. The study was approved by all institutional review boards of the participating institutions, and written informed consent was obtained from all participants or their legal guardians. We screened 1,986 of the individuals with array-based molecular karyotyping by using high-resolution platforms. In one male infant, we identified a 2.5 Mb deletion containing five genes in chromosomal region 6q25.3 (Figure 1) by using the high-resolution Genome-Wide Human SNP Array 6.0 (Affymetrix, Santa Clara, California) and the Affymetrix Genotyping Console Software (version 3.0.2). Segregation analysis of both parents revealed a de novo origin of the deletion. The familial relationship was confirmed. Because the phenotype of our patient resembled that of the patients with larger deletions,12 we hypothesized that one of the five deleted genes would show haploinsufficiency and would represent a phenocritical gene responsible for the ID. Using Sanger sequencing, we screened all five genes from this region, including TFB1M (MIM 607033), NOX3 (MIM 607105), and three brain-expressed genes, TIAM2 (MIM 604709), CLDN20, and ARID1B, for point mutations in 121 individuals with moderate to severe ID without a known genetic cause; these individuals were from the Erlangen subgroup of the German Intellectual Disability Network (MRNET). Microarray analyses for CNVs >200 kb had been previously performed in 82 (68%) of the individuals, and no obvious pathogenic CNV was found. For sequencing, we used Applied Biosystems (ABI) BigDye Terminator chemistry and purification with Agencourt AMPure and CleanSEQ kits (Beckman-Coulter) on an ABI 3730 sequencer with Sequencing Analysis v.3.6.1 (Applied Biosystems) and Sequencher 4.9 (Gene Codes Corporation) software packages. Although no mutation was detected in TFB1M, NOX3, TIAM2, or CLDN20, we identified a c.3919C>T (p.Gln1307∗) nonsense mutation in exon 16 of ARID1B in patient 3 and an 11 bp deletion in exon 20 of ARID1B (NM_020732.3) in patient 4; the latter mutation (c.6463_6473del [p.Ser2155Leufs∗33]) lead to a frameshift and a premature termination codon after 33 residues. We used original, nonamplified DNA samples for independent PCR and bidirectional sequencing to confirm the mutations. In addition, we reanalyzed the genomic region of ARID1B for CNVs <200 kb in this subgroup, and we detected in another patient a 180 kb duplication encompassing exons 5 and 6 (hg18 chr6: 157,299,982–157,474,352). Using the SALSA multiple ligation probe amplification (MLPA) reagents EK5 (MRC-Holland, Amsterdam, The Netherlands) and copy-number calculation with Seqpilot software (JSI Medical Systems, Kippenheim, Germany), we confirmed this mutation by MLPA with customized probes for exons 4, 5, 6, 7, and 8 (Table S3, available online). We studied a common SNP in exon 6 by using cDNA generated from RNA isolated from fresh blood leukocytes with the PAXgene Blood RNA System (PreAnalytics) in conjunction with the Superscript Reverse Transcriptase Kit (Invitrogen) and random hexamers. This analysis revealed that the duplication arose on the paternal allele and led to monoallelic expression of the wild-type allele (Figure 2A ). Analysis of parental DNA confirmed the biological relationships and revealed that all mutations arose de novo. Given that all mutations occurred de novo and were predicted to cause loss of function, we hypothesized that haploinsufficiency of ARID1B would underlie the ID in patients with 6q25.3 microdeletion syndrome. Given the relatively high frequency of mutations identified in the first subgroup, we extended the mutation screen (consisting of exons 2–20, including flanking intronic regions) to another 766 ID-affected individuals from the MRNET consortium (for a detailed description of the study group, see supplemental data). As a result of its high GC content, we amplified exon 1 with the Fast Amplification Kit (QIAGEN) by using a set of nested PCR fragments with different sequencing primers (Table S4). In this group, we further identified four nonsense mutations and one synonymous variant in the last base pair of exon 17; these mutations are predicted to affect the consensus splice donor site (Table 1 and Table S1). The skipping of exon 17 was confirmed by RT-PCR from RNA extracted from the patients' blood (Figures 2B and 2C) and was predicted to cause a frameshift resulting in a premature translational termination (p.Arg1338Argfs∗76). All mutations were shown to have occurred de novo, and the parental relationships were confirmed by a forensic set of microsatellites (Promega) in all instances. These mutations confirmed the initial hypothesis of the causative role of ARID1B in ID and increased the total number of bona fide mutations to eight (0.9%) in the entire cohort of 887 individuals. In addition, we observed 101 unique variants not annotated in dbSNP (build 132) (Table S1). We investigated segregation in 18 out of 23 cases with missense variants—when parental material was available—and could show segregation from a healthy parent (10 maternal and 8 paternal) in all instances. The remaining five variants are not located in any known domain and were not suspicious when investigated with various prediction programs (Table S2), suggesting that these 23 missense variants are benign. However, we cannot exclude some milder effect on protein function. Our findings thus indicate that ARID1B-haploinsufficiency-causing mutations, but not missense variants, are a common cause of ID. This association is further supported by recent reports on microaberrations affecting ARID1B. One case with a frameshift intragenic 281 kb deletion affecting the ARID domain was reported in a patient with autism,13Nord A.S. Roeb W. Dickel D.E. Walsh T. Kusenda M. O'Connor K.L. Malhotra D. McCarthy S.E. Stray S.M. Taylor S.M. et al.STAART Psychopharmacology NetworkReduced transcript expression of genes affected by inherited and de novo CNVs in autism.Eur. J. Hum. Genet. 2011; 19: 727-731Crossref PubMed Scopus (86) Google Scholar a complex chromosomal translocation leading to a fusion gene of ARID1B and MRPP3 was found in an individual with ID,14Backx L. Seuntjens E. Devriendt K. Vermeesch J. Van Esch H. A balanced translocation t(6;14)(q25.3;q13.2) leading to reciprocal fusion transcripts in a patient with intellectual disability and agenesis of corpus callosum.Cytogenet. Genome Res. 2011; 132: 135-143Crossref PubMed Scopus (45) Google Scholar and one translocation, four larger deletions (including ARID1B), and 3 intragenic deletions were reported by Halgren et al.15Halgren C. Kjaergaard S. Bak M. Hansen C. El-Schich Z. Anderson C. Henriksen K. Hjalgrim H. Kirchhoff M. Bijlsma E. et al.Corpus callosum abnormalities, intellectual disability, speech impairment, and autism in patients with haploinsufficiency of ARID1B.Clin. Genet. 2011; (Published online July 29, 2011)https://doi.org/10.1111/j.1399-0004.2011.01755.xCrossref PubMed Scopus (104) Google Scholar in patients with ID.Table 1Clinical Data from Patients with ARID1B Deletions or MutationsNagamani et al.12Nagamani S.C. Erez A. Eng C. Ou Z. Chinault C. Workman L. Coldwell J. Stankiewicz P. Patel A. Lupski J.R. Cheung S.W. Interstitial deletion of 6q25.2-q25.3: A novel microdeletion syndrome associated with microcephaly, developmental delay, dysmorphic features and hearing loss.Eur. J. Hum. Genet. 2009; 17: 573-581Crossref PubMed Scopus (39) Google Scholar (N = 4)Halgren et al.15Halgren C. Kjaergaard S. Bak M. Hansen C. El-Schich Z. Anderson C. Henriksen K. Hjalgrim H. Kirchhoff M. Bijlsma E. et al.Corpus callosum abnormalities, intellectual disability, speech impairment, and autism in patients with haploinsufficiency of ARID1B.Clin. Genet. 2011; (Published online July 29, 2011)https://doi.org/10.1111/j.1399-0004.2011.01755.xCrossref PubMed Scopus (104) Google Scholar (N = 8)Patient 1Patient 2Patient 3Patient 4Patient 5Patient 6Patient 7Patient 8Patient 9ARID1B defectdeletion of several genes, including ARID1Bone translocation, four larger deletions (including ARID1B), and three intragenic deletionsdeletion of five genes (chr6: 155,364,154–157,681,073∗)duplication of exons 5 and 6 (chr6: 157,299,982–157,474,352∗)c.3919C>T (p.Gln1307∗)c.6463_6473del (p.Ser2155Leufs∗33)c.3304C>T (p.Arg1102∗)c.3323_3324delAA (p.Lys1108Argfs∗9)c.4110G>A (p.Arg1338Argfs∗76)c.4038T>A (p.Tyr1346∗)c.1114 dupC (p.Arg372Profs∗163)Inheritancede novode novode novode novode novode novode novode novode novode novode novoSex2 F, 2 M6 F, 2 MFFMMFFFMMAge at last follow-up examination10–33 months3–46 years3 years, 3 months4 years, 11 months3 years, 5 months7 years, 3 months12 years, 8 months4 years6 years, 3 months17 years20 yearsBirth parameters (weight, length, OFC)3 ≤ 3rd ct 2 ≤ 5th ct 3 < 3rd ct3/7 ≤ 10th ct 5/6 ≤ 10th ct 5 ≤ 10th ct50th ct 3rd−10th ct 50th−75th ct25th ct 50th ct 25th ct50th ct 25th ct 25th ct50th ct 50th ct 50th ct25th ct 25th ct 50th ct3rd−10th ct 50th ct 3rd−10th ct50th−75th ct >97th ct 75th ct10th−50th ct 50th ct 10th−50th ct10th ct 50th ct 50th ctLength and/or height and OFC2/4 < 3rd ct 4/4 < 3rd ct7/7 ≤ 5th ct 1/5 < 3rd ct10th ct 10th−25th ct3rd−10th ct <3rd ct3rd−10th ct 50th ct<3rd ct 25th−50th ct<3rd ct 25th –50th ct10th−25th ct 75th ct25th−50th ct 75th ct50th ct >97th ct<3rd ct <3rd ctDevelopmental delay4/48/8severemoderateseveremoderate IQ = 50 (tested)severemild to moderatemoderate to severemoderatemoderateSpeech1/4 spoke two words at 33 months8/8 were severely impaired or absent–first words at 3–4 years and sentences at 4 years, 11 monthssingle words–first words at >5 years and two-word sentences at 12 yearsat age of 24 months, corresponding to age of 17 monthssingle wordsshort sentences and sufficient working vocabularydelayedAge of walking1/4 at 23 months1/1 at 30 months28 months24 months20 months+27 months24 months24 months18 months20 monthsMuscular hypotonia2/47/7+++++++––MRI scan anomaly2/3 (2 with ACC)4/5 with ACC or HCCretrocerebellar cystdelayed myelinationNA––NAasymmetric calvariaNA–Seizures1/43/7––––+∗∗–+∗∗+–Hearing loss4/4?––––+ (unilateral)––––Heart malformation1/4 (ASD)?–+–+ (ASD)–––––Cleft palate0/4 with cleft palate and 2/4 with palatal anomalies?–– and high palate–++–– and high palate––Abnormal shape of head3/4 with plagiocephaly5/5 with low hairlineplagiocephaly and frontal bossingplagiocephaly and frontal bossingprominent forehead–brachycephaly and low foreheadfrontal bossinglow forehead–brachycephalyLow-set and/or posteriorly rotated ears4/42/2+++–+++++Abnormally shaped ears2/4?+++++–+–+Downslanting palpebral fissures2/4?+–+++––––Strabism+2++–+–––––Bulbous nasal tip3/33/3++–++/–+/−+––Thin upper lip2/43/4–+++++––+Teeth anomalies??–small and pointedpointedsmallfirst teeth small and widely spaced–smallmalocclusion and delayed second dentitionNARetro/micrognathia2/3?++–––+-+–Hand and feet anomalies1/4 with clinodactyly and 0/4 with single palmar crease?–single palmar creases and brachydactyly Vbrachydactylysingle palmar creases, sandal gaps, and hypoplastic nailssandal gaps, clinodactyly V, and hypoplastic toe nails Vlong toes––single palmar creases, clinodactyly V, deep set thumbs, and Hallux valgusOther abnormalities2/4 with retinal anomalies; 1/4 with genitourinary anomaly5/7 with AuSD or autistic traits, 4 with myopia/hypermetropia, 1 with cataracts, 4 with hypertrichosis, and 5 with feeding problemsclitoris hypertrophy and long philtrumataxic gait, sparse hair, sacral dimple, and three hemangiomasallergy, recurrent infections, autistic features, and aggressioncryptorchism and myopiaallergy, myopia, megaureter, wide mouth, dry hair, and hypothyreosishypertrichosis and myopiahypertrichosismyopia, skin hypopigmentation, and hypertelorismunilateral myopia, blocked nasolacrimal duct, dermoid cyst, atlanto/occipital abnormalities, discreet rhizomelic shortening of arms and legs, scoliosis, and cryptorchismThe following abbreviations are used: N, number of patients; F, female; M, male; ct, percentile; OFC, occipital-frontal circumference; IQ, intelligence quotient; MRI, magnetic resonance imaging; +, present; –, absent; NA, not analyzed; ACC, agenesis of corpus callosum; HCC, hypoplastic corpus callosum; ASD, atrial septum defect; AuSD, autism spectrum disorder; post., posteriorly; ∗, hg18; and ∗∗, occurrence of singular seizure. Open table in a new tab The following abbreviations are used: N, number of patients; F, female; M, male; ct, percentile; OFC, occipital-frontal circumference; IQ, intelligence quotient; MRI, magnetic resonance imaging; +, present; –, absent; NA, not analyzed; ACC, agenesis of corpus callosum; HCC, hypoplastic corpus callosum; ASD, atrial septum defect; AuSD, autism spectrum disorder; post., posteriorly; ∗, hg18; and ∗∗, occurrence of singular seizure. The phenotype associated with nonsense and frameshift mutations in ARID1B is shown in Figure 3 and summarized in Table 1. All individuals presented with moderate to severe psychomotor retardation, and most showed evidence of muscular hypotonia. In many of the patients, expressive speech was reported to be more severely affected than receptive function. Although no distinct recognizable facial gestalt could be discerned, consistent findings in most of the patients were an abnormal head shape and low-set, posteriorly rotated, and abnormally shaped ears. Even though many other minor anomalies such as downslanting palpebral fissures, a bulbous nasal tip, a thin upper lip, minor teeth anomalies, and brachydactyly or single palmar creases were observed frequently, gross malformations such as congenital heart defects, structural brain anomalies, or cleft palate were only rarely observed. The majority of patients had short stature of postnatal onset or body height within the lower normal range. With regard to these aspects, the phenotype of patients with point mutations overlaps with that observed in patients with large genomic deletions on chromosome 6q or intragenic deletions within ARID1B12Nagamani S.C. Erez A. Eng C. Ou Z. Chinault C. Workman L. Coldwell J. Stankiewicz P. Patel A. Lupski J.R. Cheung S.W. Interstitial deletion of 6q25.2-q25.3: A novel microdeletion syndrome associated with microcephaly, developmental delay, dysmorphic features and hearing loss.Eur. J. Hum. Genet. 2009; 17: 573-581Crossref PubMed Scopus (39) Google Scholar, 15Halgren C. Kjaergaard S. Bak M. Hansen C. El-Schich Z. Anderson C. Henriksen K. Hjalgrim H. Kirchhoff M. Bijlsma E. et al.Corpus callosum abnormalities, intellectual disability, speech impairment, and autism in patients with haploinsufficiency of ARID1B.Clin. Genet. 2011; (Published online July 29, 2011)https://doi.org/10.1111/j.1399-0004.2011.01755.xCrossref PubMed Scopus (104) Google Scholar (such as in patient 1), further confirming that haploinsufficiency of ARID1B is indeed responsible for most of the symptoms. However, either autism spectrum disorder or autistic traits were reported in five patients with larger genomic or intragenic deletions13Nord A.S. Roeb W. Dickel D.E. Walsh T. Kusenda M. O'Connor K.L. Malhotra D. McCarthy S.E. Stray S.M. Taylor S.M. et al.STAART Psychopharmacology NetworkReduced transcript expression of genes affected by inherited and de novo CNVs in autism.Eur. J. Hum. Genet. 2011; 19: 727-731Crossref PubMed Scopus (86) Google Scholar, 15Halgren C. Kjaergaard S. Bak M. Hansen C. El-Schich Z. Anderson C. Henriksen K. Hjalgrim H. Kirchhoff M. Bijlsma E. et al.Corpus callosum abnormalities, intellectual disability, speech impairment, and autism in patients with haploinsufficiency of ARID1B.Clin. Genet. 2011; (Published online July 29, 2011)https://doi.org/10.1111/j.1399-0004.2011.01755.xCrossref PubMed Scopus (104) Google Scholar but were observed in only one of our patients. Three of our five patients who underwent a cerebral magnetic resonance imaging (MRI) scan had minor unspecific anomalies such as retrocerebellar cysts, delayed myelination, and asymmetric calvaria, but none showed a hypoplastic or aplastic corpus callosum, which was considered a hallmark of the ARID1B deficiency by Halgren et al.15Halgren C. Kjaergaard S. Bak M. Hansen C. El-Schich Z. Anderson C. Henriksen K. Hjalgrim H. Kirchhoff M. Bijlsma E. et al.Corpus callosum abnormalities, intellectual disability, speech impairment, and autism in patients with haploinsufficiency of ARID1B.Clin. Genet. 2011; (Published online July 29, 2011)https://doi.org/10.1111/j.1399-0004.2011.01755.xCrossref PubMed Scopus (104) Google Scholar (it was only reported in patients with larger deletions there). In addition, hearing loss was also more consistently observed in patients with larger deletions12Nagamani S.C. Erez A. Eng C. Ou Z. Chinault C. Workman L. Coldwell J. Stankiewicz P. Patel A. Lupski J.R. Cheung S.W. Interstitial deletion of 6q25.2-q25.3: A novel microdeletion syndrome associated with microcephaly, developmental delay, dysmorphic features and hearing loss.Eur. J. Hum. Genet. 2009; 17: 573-581Crossref PubMed Scopus (39) Google Scholar than in our patients with point mutations in ARID1B. These two aspects might therefore be more related to the contribution of additional genes affected by chromosomal aberrations than to haploinsufficiency of ARID1B itself. ARID1B is highly expressed in the brain and in embryonic stem cells and encodes AT-rich interactive domain-containing protein 1B, also known as BAF250b, the largest subunit of the mammalian SWI/SNF-A chromatin-remodeling complex. This complex facilitates DNA access with the use of transcription factors and the transcription machinery.16Li X.S. Trojer P. Matsumura T. Treisman J.E. Tanese N. Mammalian SWI/SNF—a subunit BAF250/ARID1 is an E3 ubiquitin ligase that targets histone H2B.Mol. Cell. Biol. 2010; 30: 1673-1688Crossref PubMed Scopus (90) Google Scholar BAF250b has a DNA-binding domain known as ARID (AT-rich interaction domain) and is thought to target the complex to specific genes.17Wang X. Nagl N.G. Wilsker D. Van Scoy M. Pacchione S. Yaciuk P. Dallas P.B. Moran E. Two related ARID family proteins are alternative subunits of human SWI/SNF complexes.Biochem. J. 2004; 383: 319-325Crossref PubMed Scopus (142) Google Scholar BAF250b and its ortholog BAF250a (encoded by ARID1A [MIM 603024]) associate with E2F transcription factors and play important roles in cell-cycle control.18Nagl Jr., N.G. Wang X. Patsialou A. Van Scoy M. Moran E. Distinct mammalian SWI/SNF chromatin remodeling complexes with opposing roles in cell-cycle control.EMBO J. 2007; 26: 752-763Crossref PubMed Scopus (191) Google Scholar Recently, it has been shown that BAF250b is also part of an E3-ubiquitin-ligase complex targeting histone H2B at lysine 120 for monoubiquitination in vitro.16Li X.S. Trojer P. Matsumura T. Treisman J.E. Tanese N. Mammalian SWI/SNF—a subunit BAF250/ARID1 is an E3 ubiquitin ligase that targets histone H2B.Mol. Cell. Biol. 2010; 30: 1673-1688Crossref PubMed Scopus (90) Google Scholar Histone H2B ubiquitination has been shown to be required for transcriptional activation in vitro19Pavri R. Zhu B. Li G. Trojer P. Mandal S. Shilatifard A. Reinberg D. Histone H2B monoubiquitination functions cooperatively with FACT to regulate elongation by RNA polymerase II.Cell. 2006; 125: 703-717Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (539) Google Scholar and associates with transcriptionally active genes in vivo.20Davie J.R. Murphy L.C. Inhibition of transcription selectively reduces the level of ubiquitinated histone H2B in chromatin.Biochem. Biophys. Res. Commun. 1994; 203: 344-350Crossref PubMed Scopus (40) Google Scholar, 21Minsky N. Shema E. Field Y. Schuster M. Segal E. Oren M. Monoubiquitinated H2B is associated with the transcribed region of highly expressed genes in human cells.Nat. Cell Biol. 2008; 10: 483-488Crossref PubMed Scopus (272) Google Scholar BAF250b interacts with Elongin B/C through its B/C box and with Cullin 2 (CUL2 [MIM 603135]) through both the ARID1B and B/C boxes and assembles the complex in a manner similar to that of the well-characterized Von Hippel-Lindau (VHL) complex, which targets the hypoxia inducible factor HIF1α (MIM 603348).16Li X.S. Trojer P. Matsumura T. Treisman J.E. Tanese N. Mammalian SWI/SNF—a subunit BAF250/ARID1 is an E3 ubiquitin ligase that targets histone H2B.Mol. Cell. Biol. 2010; 30: 1673-1688Crossref PubMed Scopus (90) Google Scholar We conclude that ARID1B haploinsufficient mutations are a relatively frequent cause of moderate to severe ID, and our findings add to the growing evidence of a role of altered chromatin remodeling in the pathogenesis of ID.4Najmabadi H. Hu H. Garshasbi M. Zemojtel T. Abedini S.S. Chen W. Hosseini M. Behjati F. Haas S. Jamali P. et al.Deep sequencing reveals 50 novel genes for recessive cognitive disorders.Nature. 2011; 478: 57-63Crossref PubMed Scopus (690) Google Scholar, 22Gécz J. Shoubridge C. Corbett M. The genetic landscape of intellectual disability arising from chromosome X.Trends Genet. 2009; 25: 308-316Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (162) Google Scholar, 23Kraft M. Cirstea I.C. Voss A.K. Thomas T. Goehring I. Sheikh B.N. Gordon L. Scott H. Smyth G.K. Ahmadian M.R. et al.Disruption of the histone acetyltransferase MYST4 leads to a Noonan syndrome-like phenotype and hyperactivated MAPK signaling in humans and mice.J. Clin. Invest. 2011; 121: 3479-3491Crossref PubMed Scopus (68) Google Scholar, 24Kramer J.M. van Bokhoven H. Genetic and epigenetic defects in mental retardation.Int. J. Biochem. Cell Biol. 2009; 41: 96-107Crossref PubMed Scopus (69) Google Scholar We thank the patients and their families for their cooperation. We also thank Angelika Diem, Petra Rothe, Daniela Schweizer, and Olga Zwenger for the excellent technical support. This study was supported by the German Intellectual Disability Network through a grant from the German Ministry of Education and Research to G.R., E.S., D.W., O.R., H.E., A. Rauch, and A. Reis. (01GS08160). Download .pdf (.35 MB) Help with pdf files Document S1. Description of study group, Tables S1–S4, and supplementary references The URLs for data presented herein are as follows:Berkeley Drosophila Genome Project (BDGP), http://www.fruitfly.org/Human Splicing Finder (HSF), http://www.umd.be/HSF/NetGene2 server, http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), http://www.omim.orgPANTHER 7.0, http://www.pantherdb.org/PolyPhen-2, http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2/SIFT, http://sift.jcvi.org/SNAP, http://www.rostlab.org/services/SNAP/SpliceView, http://zeus2.itb.cnr.it/∼webgene/wwwspliceview_ex.htmlUCSC Genome Browser, http://genome.ucsc.edu/

The conversion of endogenous alpha-synuclein (asyn) to pathological asyn-enriched aggregates is a hallmark of Parkinson's disease (PD). These inclusions can be detected in the central and enteric nervous system (ENS). Moreover, gastrointestinal symptoms can appear up to 20 years before the diagnosis of PD. The dual-hit hypothesis posits that pathological asyn aggregation starts in the ENS, and retrogradely spreads to the brain. In this study, we tested this hypothesis by directly injecting preformed asyn fibrils into the duodenum wall of wild-type rats and transgenic rats with excess levels of human asyn. We provide a meticulous characterization of the bacterial artificial chromosome (BAC) transgenic rat model with respect to initial propagation of pathological asyn along the parasympathetic and sympathetic pathways to the brainstem, by performing immunohistochemistry at early time points post-injection. Induced pathology was observed in all key structures along the sympathetic and parasympathetic pathways (ENS, autonomic ganglia, intermediolateral nucleus of the spinal cord (IML), heart, dorsal motor nucleus of the vagus, and locus coeruleus (LC)) and persisted for at least 4 months post-injection. In contrast, asyn propagation was not detected in wild-type rats, nor in vehicle-injected BAC rats. The presence of pathology in the IML, LC, and heart indicate trans-synaptic spread of the pathology. Additionally, the observed asyn inclusions in the stomach and heart may indicate secondary anterograde propagation after initial retrograde spreading. In summary, trans-synaptic propagation of asyn in the BAC rat model is fully compatible with the "body-first hypothesis" of PD etiopathogenesis. To our knowledge, this is the first animal model evidence of asyn propagation to the heart, and the first indication of bidirectional asyn propagation via the vagus nerve, i.e., duodenum-to-brainstem-to-stomach. The BAC rat model could be very valuable for detailed mechanistic studies of the dual-hit hypothesis, and for studies of disease modifying therapies targeting early pathology in the gastrointestinal tract.

Abstract The SARS-CoV-2 virus is the causative agent of the global COVID-19 infectious disease outbreak, which can lead to acute respiratory distress syndrome (ARDS). However, it is still unclear how the virus interferes with immune cell and metabolic functions in the human body. In this study, we investigated the immune response in acute or convalescent COVID19 patients. We characterized the peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) using flow cytometry and found that CD8 + T cells were significantly subsided in moderate COVID-19 and convalescent patients. Furthermore, characterization of CD8 + T cells suggested that patients with a mild and moderate course of the COVID-19 disease and convalescent patients have significantly diminished expression of both perforin and granzyme A in CD8 + T cells. Using 1 H-NMR spectroscopy, we characterized the metabolic status of their autologous PBMCs. We found that fructose, lactate and taurine levels were elevated in infected (mild and moderate) patients compared with control and convalescent patients. Glucose, glutamate, formate and acetate levels were attenuated in COVID-19 (mild and moderate) patients. In summary, our report suggests that SARS-CoV-2 infection leads to disrupted CD8 + T cytotoxic functions and changes the overall metabolic functions of immune cells.