A reliable source of human neural tissue would be of immense practical value to both neuroscientists and clinical neural transplantation trials. In this study, human precursor cells were isolated from the developing human cortex and, in the presence of both epidermal and fibroblast growth factor-2, grew in culture as sphere shaped clusters. Using traditional passaging techniques and culture mediums the rate of growth was extremely slow, and only a 12-fold expansion in total cell number could be achieved. However, when intact spheres were sectioned into quarters, rather than mechanically dissociated, cell–cell contacts were maintained and cellular trauma minimised which permitted the rapid and continual growth of each individual quarter. Using this method we have achieved a 1.5 million-fold increase in precursor cell number over a period of less than 200 days. Upon differentiation by exposure to a substrate, cells migrated out from the spheres and formed a monolayer of astrocytes and neurons. No oligodendrocytes were found to develop from these human neural precursor cells at late passages when whole spheres were differentiated. This simple and novel culture method allows the rapid expansion of large numbers of non-transformed human neural precursor cells which may be of use in drug discovery, ex vivo gene therapy and clinical neural transplantation.

Progenitor cells were isolated from the developing human central nervous system (CNS), induced to divide using a combination of epidermal growth factor and fibroblast growth factor-2, and then transplanted into the striatum of adult rats with unilateral dopaminergic lesions. Large grafts were found at 2 weeks survival which contained many undifferentiated cells, some of which were migrating into the host striatum. However, by 20 weeks survival, only a thin strip of cells remained at the graft core while a large number of migrating astrocytes labeled with a human-specific antibody could be seen throughout the striatum. Fully differentiated graft-derived neurons, also labeled with a human-specific antibody, were seen close to the transplant site in some animals. A number of these neurons expressed tyrosine hydroxylase and were sufficient to partially ameliorate lesion-induced behavioral deficits in two animals. These results show that expanded populations of human CNS progenitor cells maintained in a proliferative state in culture can migrate and differentiate into both neurons and astrocytes following intracerebral grafting. As such these cells may have potential for development as an alternative source of tissue for neural transplantation in degenerative diseases.

Eighteen patients with early Huntington's disease were compared with age- and IQ-matched control volunteers on tests of executive and mnemonic function taken from the Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery. Tests of pattern and spatial recognition memory, spatial span, spatial working memory, spatial planning and visual discrimination learning/attentional set shifting were employed. These tests have previously been found to be sensitive to the later stages of Huntington's disease. Patients with early Huntington's disease were found to have a wide range of cognitive impairments encompassing both visuospatial memory and executive functions, a pattern distinct from those seen in other basal ganglia disorders. In contrast to patients with more advanced Huntington's disease, early Huntington's disease patients were not impaired at simple reversal learning, but were impaired at performing an extradimensional shift (EDS). The results will be discussed in relation to the hypothesized neuropathological staging of Huntington's disease and to the anatomical connectivity of the striatum.

Huntington's disease is an autosomal-dominant neurodegenerative disease caused by CAG trinucleotide repeat expansion in HTT, resulting in a mutant huntingtin protein. IONIS-HTTRx (hereafter, HTTRx) is an antisense oligonucleotide designed to inhibit HTT messenger RNA and thereby reduce concentrations of mutant huntingtin.We conducted a randomized, double-blind, multiple-ascending-dose, phase 1-2a trial involving adults with early Huntington's disease. Patients were randomly assigned in a 3:1 ratio to receive HTTRx or placebo as a bolus intrathecal administration every 4 weeks for four doses. Dose selection was guided by a preclinical model in mice and nonhuman primates that related dose level to reduction in the concentration of huntingtin. The primary end point was safety. The secondary end point was HTTRx pharmacokinetics in cerebrospinal fluid (CSF). Prespecified exploratory end points included the concentration of mutant huntingtin in CSF.Of the 46 patients who were enrolled in the trial, 34 were randomly assigned to receive HTTRx (at ascending dose levels of 10 to 120 mg) and 12 were randomly assigned to receive placebo. Each patient received all four doses and completed the trial. Adverse events, all of grade 1 or 2, were reported in 98% of the patients. No serious adverse events were seen in HTTRx-treated patients. There were no clinically relevant adverse changes in laboratory variables. Predose (trough) concentrations of HTTRx in CSF showed dose dependence up to doses of 60 mg. HTTRx treatment resulted in a dose-dependent reduction in the concentration of mutant huntingtin in CSF (mean percentage change from baseline, 10% in the placebo group and -20%, -25%, -28%, -42%, and -38% in the HTTRx 10-mg, 30-mg, 60-mg, 90-mg, and 120-mg dose groups, respectively).Intrathecal administration of HTTRx to patients with early Huntington's disease was not accompanied by serious adverse events. We observed dose-dependent reductions in concentrations of mutant huntingtin. (Funded by Ionis Pharmaceuticals and F. Hoffmann-La Roche; ClinicalTrials.gov number, NCT02519036.).

Summary The age at onset of motor symptoms in Huntington’s disease (HD) is driven by HTT CAG repeat length but modified by other genes. We used exome sequencing of 683 HD patients with extremes of onset or phenotype relative to CAG length to identify rare variants associated with clinical effect. We identified damaging coding variants in candidate modifier genes from prior genome-wide association studies associated with altered HD onset or severity. Variants in FAN1 clustered in its DNA-binding and nuclease domains and were associated predominantly with earlier onset HD. Nuclease activities of these variants correlated with residual age at motor onset of HD. Mutating endogenous FAN1 to a nuclease-inactive form in an induced pluripotent stem cell model of HD led to rates of CAG expansion comparable to those observed with complete FAN1 knock out. Together, these data implicate FAN1 nuclease activity in slowing somatic repeat expansion and hence onset of HD.

Abstract Objective To assess the prevalence, timing and functional impact of psychiatric, cognitive and motor abnormalities in Huntington’s disease (HD) gene carriers, we analysed retrospective clinical data from individuals with manifest HD. Methods Clinical features of HD patients were analysed for 6316 individuals in the European REGISTRY study from 161 sites across 17 countries. Data came from clinical history and the patient-completed Clinical Characteristics Questionnaire that assessed eight symptoms: motor, cognitive, apathy, depression, perseverative/obsessive behavior, irritability, violent/aggressive behavior, and psychosis. Multiple logistic regression was used to analyse relationships between symptoms and functional outcomes. Results The initial manifestation of HD is increasingly likely to be motor, and less likely to be psychiatric, as age at presentation increases, and is independent of pathogenic CAG repeat length. The Clinical Characteristics Questionnaire captures data on non-motor symptom prevalence that correlate specifically with validated clinical measures. Psychiatric and cognitive symptoms are common in HD gene carriers, with earlier onsets associated with longer CAG repeats. 42.4% of HD patients reported at least one psychiatric or cognitive symptom before motor symptoms, with depression most common. Each non-motor symptom was associated with significantly reduced total functional capacity scores. Conclusions Psychiatric and cognitive symptoms are common and functionally debilitating in HD gene carriers. They require recognition and targeting with clinical outcome measures and treatments. However, as it is impossible to distinguish confidently between non-motor symptoms arising from HD and primary psychiatric disorders, particularly in younger pre-manifest patients, non-motor symptoms should not be used to make a clinical diagnosis of HD.

Abstract Background Huntington’s disease is caused by an expanded CAG tract in HTT . The length of the CAG tract accounts for over half the variance in age at onset of disease, and is influenced by other genetic factors, mostly implicating the DNA maintenance machinery. We examined a single nucleotide variant, rs79727797, on chromosome 5 in the TCERG1 gene, previously reported to be associated with Huntington’s disease and a quasi-tandem repeat (QTR) hexamer in exon 4 of TCERG1 with a central pure repeat. Methods We developed a novel method for calling perfect and imperfect repeats from exome sequencing data, and tested association between the QTR in TCERG1 and residual age at motor onset (after correcting for the effects of CAG length in the HTT gene) in 610 individuals with Huntington’s disease via regression analysis. Results We found a significant association between age at onset and the sum of the repeat lengths from both alleles of the QTR (p = 2.1×10 −9 ), with each added repeat hexamer reducing age at onset by one year (95% confidence interval [0.7, 1.4]). This association explained that previously observed with rs79727797. Conclusions The association with age at onset in the genome-wide association study is due to a QTR hexamer in TCERG1 , translated to a glutamine/alanine tract in the protein. We could not distinguish whether this was due to cis-effects of the hexamer repeat on gene expression or of the encoded glutamine/alanine tract in the protein. These results motivate further study of the mechanisms by which TCERG1 modifies onset of HD.

Abstract When the genetic test for the Huntington’s disease (HD) HTT expansion first became available almost 30 years ago, only 1% of patients tested negative. Since then, the test has become more accessible and the HD phenotype has expanded. More patients are being tested overall, and more negative tests are being received. These patients are deemed “HD phenocopy syndromes” (HDPC). In this study we established a current estimate for the prevalence of these patients. We also surveyed HD clinician experts on what would make them consider an HD test and compared both HD and HDPC patients to these expectations to decide whether they could be distinguished clinically; this proved impossible even when comparing symptom patterns. We re-analysed existing gene panel data for likely and potentially deleterious variants. Furthermore, we determined principles to prioritise patients for whole-genome sequencing (WGS). It was used to probe a 50 patient strong subcohort of HD phenocopy syndromes for known causes of HD-like and other neurodegenerative disease, identifying one ATXN1 expansion using ExpansionHunter ® . This was a small genetic substudy and therefore unsurprisingly no other known deleterious variants could be identified as in these cryptic understudied syndromes. Novel variants in known genes and variants in genes not yet linked to neurodegeneration may play an outsized role.

White matter (WM) volume loss has been reported in people with Huntington9s disease (HD), but the cellular basis of this deficit remains to be elucidated. To address this, we assessed ex vivo WM microstructure in the transgenic R6/1 mouse model of HD with magnetic resonance imaging (MRI) and studied the neurobiological basis of the MRI brain signals with histological and electron microscopy analyses in a separate cohort of age- and sex-matched mice. Differences in the macromolecular proton fraction (MPF) from quantitative magnetization transfer (qMT) as a proxy myelin measure, and the intra-axonal signal fraction (FR) from the composite hindered and restricted model of diffusion (CHARMED) as a proxy marker of axon density, were assessed alongside diffusion tensor imaging (DTI) parameters. A tractometry approach was employed to inspect region-specific differences across the corpus callosum (CC). Furthermore, voxel-based morphometry (VBM) and tract-based spatial statistics (TBSS) were used to explore brain-wise WM macro- and microstructure abnormalities. To gain insight into disease-associated impairments in attentional and visuospatial processing, a third cohort of age-matched mice was assessed with the 5-choice serial reaction time task (5-CSRTT). We report cognitive impairments in R6/1 mice and, by evaluating MRI and light and electron microscopy results, we show that this HD mouse model presents disruptions in axonal morphology (i.e. thinner axons) and organisation (i.e. more densely packed axons). Furthermore, we show that, at least early in disease progression, R6/1 mice present a reduction in the expression or content of myelin-associated proteins without significant alterations in the structure of myelin sheaths. Crucially, we demonstrate the potential of FR, an in vivo estimate of axon density, as a novel MRI biomarker of HD-associated changes in WM microstructure.

Abstract White matter (WM) alterations have been identified as a relevant pathological feature of Huntington’s disease (HD). Increasing evidence suggests that WM changes in this disorder are due to alterations in myelin-associated biological processes. Multi-compartmental analysis of the complex gradient-echo MRI signal evolution in WM has been shown to quantify myelin in vivo , therefore pointing to the potential of this technique for the study of WM myelin changes in health and disease. This study first characterized the reproducibility of metrics derived from the complex multi-echo gradient-recalled echo (mGRE) signal across the corpus callosum in healthy participants, finding highest reproducibility in the posterior callosal segment. Subsequently, the same analysis pipeline was applied in this callosal region in a sample of premanifest HD patients (n = 19) and age, sex and education matched healthy controls (n = 21). In particular, we focused on two myelin-associated derivatives: i. the myelin water signal fraction (f m ), a parameter dependent on myelin content; and ii. the difference in frequency between myelin and intra-axonal water pools (Δω), a parameter dependent on the ratio between the inner and the outer axonal radii. f m was found to be lower in HD patients (β = −0.13, p = 0.03), while Δω did not show a group effect. Performance in tests of working memory, executive function, social cognition and movement was also assessed, and a greater age-related decline in executive function was detected in HD patients (β = −0.06, p = 0.006), replicating previous evidence of executive dysfunction in HD. Finally, the correlation between f m , executive function, and proximity to disease onset was explored in patients, and a positive correlation between executive function and f m was detected (r = 0.542; p = 0.02). This study emphasises the potential of complex mGRE signal analysis for aiding understanding of HD pathogenesis and progression. Moreover, expanding on evidence from pathology and animal studies, it provides novel in vivo evidence supporting myelin breakdown as an early feature of HD.