Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a genetically heterogeneous neurodegenerative syndrome hallmarked by adult-onset loss of motor neurons. We performed exome sequencing of 252 familial ALS (fALS) and 827 control individuals. Gene-based rare variant analysis identified an exome-wide significant enrichment of eight loss-of-function (LoF) mutations in TBK1 (encoding TANK-binding kinase 1) in 13 fALS pedigrees. No enrichment of LoF mutations was observed in a targeted mutation screen of 1,010 sporadic ALS and 650 additional control individuals. Linkage analysis in four families gave an aggregate LOD score of 4.6. In vitro experiments confirmed the loss of expression of TBK1 LoF mutant alleles, or loss of interaction of the C-terminal TBK1 coiled-coil domain (CCD2) mutants with the TBK1 adaptor protein optineurin, which has been shown to be involved in ALS pathogenesis. We conclude that haploinsufficiency of TBK1 causes ALS and fronto-temporal dementia.

Huntington's disease (HD) is a fatal, dominantly inherited disorder caused by polyglutamine repeat expansion in the huntingtin (htt) gene. Here, we observe that HD mice develop hypothermia associated with impaired activation of brown adipose tissue (BAT). Although sympathetic stimulation of PPARγ coactivator 1α (PGC-1α) was intact in BAT of HD mice, uncoupling protein 1 (UCP-1) induction was blunted. In cultured cells, expression of mutant htt suppressed UCP-1 promoter activity; this was reversed by PGC-1α expression. HD mice showed reduced food intake and increased energy expenditure, with dysfunctional BAT mitochondria. PGC-1α is a known regulator of mitochondrial function; here, we document reduced expression of PGC-1α target genes in HD patient and mouse striatum. Mitochondria of HD mouse brain show reduced oxygen consumption rates. Finally, HD striatal neurons expressing exogenous PGC-1α were resistant to 3-nitropropionic acid treatment. Altered PGC-1α function may thus link transcription dysregulation and mitochondrial dysfunction in HD.

Objectives

 Biomarkers for the diagnosis of motoneuron diseases (MND) are urgently needed to improve the diagnostic pathway, patient stratification and monitoring. The aim of this study was to validate candidate markers for MND in cerebrospinal fluid (CSF) and specify cut-offs based on large patient cohorts by especially considering patients who were seen under the initial differential diagnosis (MND mimics). 

Methods

 In a prospective study, we investigated CSF of 455 patients for neurofilament light chain (NfL), phosphorylated heavy chain (pNfH), tau protein (Tau) and phospho-tau protein (pTau). Analysed cohorts included patients with apparently sporadic and familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and primary lateral sclerosis (PLS) (MND, n=253), MND mimics (n=85) and neurological control groups. Cut-off values were specified, and diagnostic performance and correlation with progression were analysed. 

Results

 Nfs were significantly higher in the MND group compared to the control groups, whereas Tau and pTau did not differ. At a cut-off level of 2200 pg/mL for NfL, a 77% diagnostic sensitivity (CI 71% to 82%), 85% specificity (CI 79% to 90%) and 87% positive predictive value (PPV) (CI 81% to 91%) were achieved. For pNfH, we calculated 83% sensitivity (CI 78% to 88%), 77% specificity (CI 71% to 83%) and 82% PPV (CI 77% to 86%) at 560 pg/mL. There were no significant differences between sporadic and genetic ALS or PLS. Nf levels were elevated at early disease stage, and correlated moderately with MND progression and duration. 

Conclusions

 Neurofilaments in CSF have a high relevance for the differential diagnosis of MNDs and should be included in the diagnostic work-up of patients. Their value as prognostic markers should be investigated further.

Objective Aggregation of α‐synuclein (α‐syn) and α‐syn cytotoxicity are hallmarks of sporadic and familial Parkinson disease (PD), with accumulating evidence that prefibrillar oligomers and protofibrils are the pathogenic species in PD and related synucleinopathies. Peroxisome proliferator‐activated receptor γ coactivator 1α (PGC‐1α), a key regulator of mitochondrial biogenesis and cellular energy metabolism, has recently been associated with the pathophysiology of PD. Despite extensive effort on studying the function of PGC‐1α in mitochondria, no studies have addressed whether PGC‐1α directly influences oligomerization of α‐syn or whether α‐syn oligomers impact PGC‐1α expression. Materials and Methods We tested whether pharmacological or genetic activation of PGC‐1α or PGC‐11α knockdown could modulate the oligomerization of α‐syn in vitro by using an α‐syn ‐fragment complementation assay. Results In this study, we found that both PGC‐1α reference gene (RG‐PGC‐1α) and the central nervous system (CNS)‐specific PGC‐1α (CNS‐PGC‐1α) are downregulated in human PD brain, in A30P α‐syn transgenic animals, and in a cell culture model for α‐syn oligomerization. Importantly, downregulation of both RG‐PGC‐1α and CNS‐PGC‐1α in cell culture or neurons from RG‐PGC‐1α–deficient mice leads to a strong induction of α‐syn oligomerization and toxicity. In contrast, pharmacological activation or genetic overexpression of RG‐PGC‐1α reduced α‐syn oligomerization and rescued α‐syn–mediated toxicity. Interpretation Based on our results, we propose that PGC‐1α downregulation and α‐syn oligomerization form a vicious circle, thereby influencing and/or potentiating each other. Our data indicate that restoration of PGC‐1α is a promising approach for development of effective drugs for the treatment of PD and related synucleinopathies. ANN NEUROL 2015;77:15–32

Minimally invasive biomarkers are urgently needed to detect molecular pathology in frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Here, we show that plasma extracellular vesicles (EVs) contain quantifiable amounts of TDP-43 and full-length tau, which allow the quantification of 3-repeat (3R) and 4-repeat (4R) tau isoforms. Plasma EV TDP-43 levels and EV 3R/4R tau ratios were determined in a cohort of 704 patients, including 37 genetically and 31 neuropathologically proven cases. Diagnostic groups comprised patients with TDP-43 proteinopathy ALS, 4R tauopathy progressive supranuclear palsy, behavior variant FTD (bvFTD) as a group with either tau or TDP-43 pathology, and healthy controls. EV tau ratios were low in progressive supranuclear palsy and high in bvFTD with tau pathology. EV TDP-43 levels were high in ALS and in bvFTD with TDP-43 pathology. Both markers discriminated between the diagnostic groups with area under the curve values >0.9, and between TDP-43 and tau pathology in bvFTD. Both markers strongly correlated with neurodegeneration, and clinical and neuropsychological markers of disease severity. Findings were replicated in an independent validation cohort of 292 patients including 34 genetically confirmed cases. Taken together, the combination of EV TDP-43 levels and EV 3R/4R tau ratios may aid the molecular diagnosis of FTD, FTD spectrum disorders and ALS, providing a potential biomarker to monitor disease progression and target engagement in clinical trials.

Abstract Individuals with ultrarare disorders pose a structural challenge for healthcare systems since expert clinical knowledge is required to establish diagnoses. In TRANSLATE NAMSE, a 3-year prospective study, we evaluated a novel diagnostic concept based on multidisciplinary expertise in Germany. Here we present the systematic investigation of the phenotypic and molecular genetic data of 1,577 patients who had undergone exome sequencing and were partially analyzed with next-generation phenotyping approaches. Molecular genetic diagnoses were established in 32% of the patients totaling 370 distinct molecular genetic causes, most with prevalence below 1:50,000. During the diagnostic process, 34 novel and 23 candidate genotype–phenotype associations were identified, mainly in individuals with neurodevelopmental disorders. Sequencing data of the subcohort that consented to computer-assisted analysis of their facial images with GestaltMatcher could be prioritized more efficiently compared with approaches based solely on clinical features and molecular scores. Our study demonstrates the synergy of using next-generation sequencing and phenotyping for diagnosing ultrarare diseases in routine healthcare and discovering novel etiologies by multidisciplinary teams.

Abstract Objective Informative biomarkers are an urgent need in the management of amyotrophic lateral sclerosis. Serum cardiac troponin T is elevated in the majority of amyotrophic lateral sclerosis patients and increases with disease progression. We sought to establish the informative value of cardiac troponin T with regard to respiratory function, a major prognostic factor in amyotrophic lateral sclerosis. Methods In this retrospective observation, we analyzed two independent hospital‐based cohorts ( d = discovery cohort; v = validation cohort) regarding serum cardiac troponin T ( n d = 298; n v = 49), serum neurofilament light chain ( n d = 117; n v = 17), and respiratory tests ( n d = 93; n v = 49). Results Serum cardiac troponin T, in contrast to serum neurofilament levels, was associated with the respiratory domain of the revised amyotrophic lateral sclerosis functional rating scale and with pulmonary function parameters, namely forced vital capacity % ( r = −0.45, p = 0.001) and slow vital capacity % ( r = −0.50, p = 0.001). Serum cardiac troponin T reliably discriminated benchmarks of slow vital capacity <80% (AUC 0.73, 95% CI 0.62–0.84) and <50% (AUC 0.80, 95% CI 0.68–0.93), forced vital capacity <80% (AUC 0.72, 95% CI 0.61–0.83) and <50% (AUC 0.79, 95% CI 0.67–0.91). Interpretation Our findings position cardiac Troponin T as a valuable serum biomarker in amyotrophic lateral sclerosis, complementing neurofilaments and expanding the understanding of underlying physiological mechanisms. In clinical practice, serum cardiac troponin T can flag benchmarks of compromised respiratory function.

Abstract Introduction/Aims In amyotrophic lateral sclerosis (ALS) caused by SOD1 mutations (SOD1‐ALS), tofersen received accelerated approval in the United States and is available via expanded access programs (EAP) outside the United States. This multicenter study investigates clinical and patient‐reported outcomes (PRO) and serum neurofilament light chain (sNfL) during tofersen treatment in an EAP in Germany. Methods Sixteen SOD1‐ALS patients receiving tofersen for at least 6 months were analyzed. The ALS progression rate (ALS‐PR), as measured by the monthly change of the ALS functional rating scale—revised (ALSFRS‐R), slow vital capacity (SVC), and sNfL were investigated. PRO included the Measure Yourself Medical Outcome Profile (MYMOP2), Treatment Satisfaction Questionnaire for Medication (TSQM‐9), and Net Promoter Score (NPS). Results Mean tofersen treatment was 11 months (6–18 months). ALS‐PR showed a mean change of −0.2 (range 0 to −1.1) and relative reduction by 25%. Seven patients demonstrated increased ALSFRS‐R. SVC was stable (mean 88%, range −15% to +28%). sNfL decreased in all patients except one heterozygous D91A‐SOD1 mutation carrier (mean change of sNfL −58%, range −91 to +27%, p < .01). MYMOP2 indicated improved symptom severity ( n = 10) or yet perception of partial response ( n = 6). TSQM‐9 showed high global treatment satisfaction (mean 83, SD 16) although the convenience of drug administration was modest (mean 50, SD 27). NPS revealed a very high recommendation rate for tofersen (NPS +80). Discussion Data from this EAP supported the clinical and sNfL response to tofersen in SOD1‐ALS. PRO suggested a favorable patient perception of tofersen treatment in clinical practice.

To assess the performance of serum neurofilament light chain (sNfL) in clinical phenotypes of amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

Abstract Objective Robotic arms are innovative assistive devices for ALS patients with progressive motor deficits of arms and hands. The objective was to explore the patients´ expectations towards a robotic arm system and to assess the actual experiences after the provision of the device. Methods A prospective observational study was conducted at 9 ALS centers in Germany. ALS-related functional deficits were assessed using the ALS-Functional Rating Scale-revised (ALSFRS-R). Motor deficit of the upper limbs was determined using a subscore of three arm-related items of the ALSFRS-R (items 4–6; range 0–12 points). User expectations before provision (expectation group, n = 85) and user experiences after provision (experience group, n = 14) with the device (JACO Assistive Robotic Device, Kinova, Boisbriand, QC, Canada) were assessed. Results In the total cohort, mean ALSFRS-R subscore for arm function was 1.7 (SD: 2.0, 0–9) demonstrating a severe functional deficit of the upper limbs. In the expectation group (n = 85), the following use cases of the robotic arm have been prioritized: handling objects (89%), close-body movements (88%), pressing buttons (87%), serving drinks (86%), and opening cabinets and doors (85%). In the experience group (n = 14), handling objects (79%), serving drinks (79%), near-body movements (71%), pushing buttons (71%), serving food (64%), and opening doors (64%) were the most frequent used cases. Most patients used the device daily (71.4%, n = 10), and 28.6% (n = 4) several times a week. All patients of the experience group found the device helpful, felt safe while using the device, and were satisfied with its reliability. NPS of the assistive robotic arm revealed 64% "promoters" (strong recommendation), 29% "indifferents" (uncertain recommendation) and 7% "detractors" (no recommendation). Total NPS was + 57 demonstrating strong patient satisfaction. Conclusions Initiation of procurement with a robotic assistive arm was confined to patients with severe functional deficit of the upper limbs. User experience underlined the wide spectrum of use cases of assistive robotic arms in ALS. The positive user experience together with high satisfaction underscore that robotic arm systems serve as a valuable treatment option in ALS patients with severe motor deficits of the arms.