As a Mendelian neurodegenerative disorder, the genetic risk of Huntington’s disease (HD) is conferred entirely by an HTT CAG repeat expansion whose length is the primary determinant of the rate of pathogenesis leading to disease onset. To investigate the pathogenic process that precedes disease, we used genome-wide association (GWA) analysis to identify loci harboring genetic variations that alter the age at neurological onset of HD. A chromosome 15 locus displays two independent effects that accelerate or delay onset by 6.1 years and 1.4 years, respectively, whereas a chromosome 8 locus hastens onset by 1.6 years. Association at MLH1 and pathway analysis of the full GWA results support a role for DNA handling and repair mechanisms in altering the course of HD. Our findings demonstrate that HD disease modification in humans occurs in nature and offer a genetic route to identifying in-human validated therapeutic targets in this and other Mendelian disorders.PaperClip/cms/asset/54b950ee-cc41-404a-b8c5-9433ee289296/mmc6.mp3Loading ...(mp3, 4.19 MB) Download audio

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."

To gain insight into how mutant huntingtin (mHtt) CAG repeat length modifies Huntington's disease (HD) pathogenesis, we profiled mRNA in over 600 brain and peripheral tissue samples from HD knock-in mice with increasing CAG repeat lengths. We found repeat length-dependent transcriptional signatures to be prominent in the striatum, less so in cortex, and minimal in the liver. Coexpression network analyses revealed 13 striatal and 5 cortical modules that correlated highly with CAG length and age, and that were preserved in HD models and sometimes in patients. Top striatal modules implicated mHtt CAG length and age in graded impairment in the expression of identity genes for striatal medium spiny neurons and in dysregulation of cyclic AMP signaling, cell death and protocadherin genes. We used proteomics to confirm 790 genes and 5 striatal modules with CAG length-dependent dysregulation at the protein level, and validated 22 striatal module genes as modifiers of mHtt toxicities in vivo.

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”.

Abstract Huntington’s disease (HD) is an inherited neurodegenerative disorder caused by an expanded CAG repeat in the HTT gene. It is diagnosed following a standardized exam of motor control and often presents with cognitive decline and psychiatric symptoms. Recent studies have detected genetic loci modifying the age at onset of motor symptoms in HD, but genetic factors influencing cognitive and psychiatric presentations are unknown. We tested the hypothesis that psychiatric and cognitive symptoms in HD are influenced by the same common genetic variation as in the general population by constructing polygenic risk scores from large genome-wide association studies of psychiatric and neurodegenerative disorders, and of intelligence, and testing for correlation with the presence of psychiatric and cognitive symptoms in a large sample (n=5160) of HD patients. Polygenic risk score for major depression was associated specifically with increased risk of depression in HD, as was schizophrenia risk score with psychosis and irritability. Cognitive impairment and apathy were associated with reduced polygenic risk score for intelligence. In general, polygenic risk scores for psychiatric disorders, particularly depression and schizophrenia, are associated with increased risk of the corresponding psychiatric symptoms in HD, suggesting a common genetic liability. However, the genetic liability to cognitive impairment and apathy appears to be distinct from other psychiatric symptoms in HD. No associations were observed between HD symptoms and risk scores for other neurodegenerative disorders. These data provide a rationale for treatments effective in depression and schizophrenia to be used to treat depression and psychotic symptoms in HD.

Abstract Age-associated neurodegenerative disorders demonstrating tau-laden intracellular inclusions, including Alzheimer’s disease (AD), frontotemporal lobar degeneration (FTLD) and progressive supranuclear palsy (PSP), are collectively known as tauopathies. The vast majority of human tauopathies accumulate non-mutant tau rather than mutant forms of the protein, yet cell and animal models for non-mutant tauopathies are lacking. We previously linked a monoallelic mutation in the TSC1 gene to tau accumulation and FTLD. Now, we have identified new variants in TSC1 that predisposed to other tauopathies such as AD and PSP. These new TSC1 risk variants significantly decreased the half-life of TSC1/hamartin in vitro . Cellular and murine models of TSC1 haploinsufficiency ( TSC1 +/-) accumulated tau protein that exhibited aberrant acetylation on six lysine residues. Tau acetylation hindered its lysosomal degradation via chaperone-mediated autophagy leading to neuronal tau accumulation. Enhanced tau acetylation in TSC1 +/- models was achieved through both an increase in p300 acetyltransferase activity and a decrease in SIRT1 deacetylase levels. Pharmacological modulation of either enzyme restored tau levels. Together, these studies substantiate TSC1 as a novel tauopathy risk gene and advance TSC1 haploinsufficiency as a new genetic model for tauopathy. In addition, these results promote acetylated tau as a rational target for diagnostic and therapeutic modalities in multiple tauopathies.

Abstract Hexanucleotide repeat expansion (HRE) within C9orf72 is the most common genetic cause of frontotemporal dementia (FTD). Thalamic atrophy occurs in both sporadic and familial FTD but is thought to distinctly affect HRE carriers. Separately, emerging evidence suggests widespread de-repression of transposable elements (TEs) in the brain in several neurodegenerative diseases, including C9orf72 HRE-mediated FTD (C9-FTD). Whether TE activation can be measured in peripheral blood and how the reduction in peripheral C9orf72 expression observed in HRE carriers relates to atrophy and clinical impairment remain unknown. We used the FreeSurfer pipeline and its extensions to assess the effects of C9orf72 HRE and clinical diagnosis ( n = 78) on atrophy of thalamic nuclei. We also generated a novel, whole-blood RNA-seq dataset to determine the relationships between peripheral C9orf72 expression, TE activation, thalamic atrophy, and clinical severity ( n = 114). We confirmed global thalamic atrophy and reduced C9orf72 expression in HRE carriers. Moreover, we identified disproportionate atrophy of the right mediodorsal lateral nucleus in HRE carriers and showed that C9orf72 expression associated with clinical severity, independent of thalamic atrophy. Strikingly, we found global peripheral activation of TEs, including the human endogenous LINE-1 element, L1HS. L1HS levels were associated with atrophy of multiple pulvinar nuclei, a thalamic region implicated in C9-FTD. Integration of peripheral transcriptomic and neuroimaging data from HRE carriers revealed atrophy of specific thalamic nuclei; demonstrated that C9orf72 levels relate to clinical severity; and identified marked de-repression of TEs, including L1HS , which predicted atrophy of FTD-relevant thalamic nuclei. Significance Statement Pathogenic repeat expansion in C9orf72 is the most frequent genetic cause of frontotemporal dementia and amyotrophic lateral sclerosis (C9-FTD/ALS). The clinical, neuroimaging, and pathological features of C9-FTD/ALS are well-characterized, whereas the intersections of transcriptomic dysregulation and brain structure remain largely unexplored. Herein, we utilized a novel radiogenomic approach to examine the relationship between peripheral blood transcriptomics and thalamic atrophy, a neuroimaging feature disproportionately impacted in C9-FTD/ALS. We confirmed reduction of C9orf72 in blood and found broad dysregulation of transposable elements—genetic elements typically repressed in the human genome—in symptomatic C9orf72 expansion carriers, which associated with atrophy of thalamic nuclei relevant to FTD. C9orf72 expression was also associated with clinical severity, suggesting that peripheral C9orf72 levels capture disease-relevant information.

Abstract INTRODUCTION Cardiovascular health is important for brain aging, yet its role in the clinical manifestation of autosomal dominant or atypical forms of dementia has not been fully elucidated. We examined relationships between Life's Simple 7 (LS7) and clinical trajectories in individuals with autosomal dominant frontotemporal lobar degeneration (FTLD). METHODS Two hundred forty‐seven adults carrying FTLD pathogenic genetic variants (53% asymptomatic) and 189 non‐carrier controls completed baseline LS7, and longitudinal neuroimaging and neuropsychological testing. RESULTS Among variant carriers, higher baseline LS7 is associated with slower accumulation of frontal white matter hyperintensities (WMHs), as well as slower memory and language declines. Higher baseline LS7 associated with larger baseline frontotemporal volume, but not frontotemporal volume trajectories. DISCUSSION Better baseline cardiovascular health related to slower cognitive decline and accumulation of frontal WMHs in autosomal dominant FTLD. Optimizing cardiovascular health may be an important modifiable approach to bolster cognitive health and brain integrity in FTLD. Highlights Better cardiovascular health associates with slower cognitive decline in frontotemporal lobar degeneration (FTLD). Lifestyle relates to the accumulation of frontal white matter hyperintensities in FTLD. More optimal cardiovascular health associates with greater baseline frontotemporal lobe volume. Optimized cardiovascular health relates to more favorable outcomes in genetic dementia.

Background Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is a leading cause of dementia in individuals aged <65 years. Several challenges to conducting in-person evaluations in FTLD illustrate an urgent need to develop remote, accessible, and low-burden assessment techniques. Studies of unobtrusive monitoring of at-home computer use in older adults with mild cognitive impairment show that declining function is reflected in reduced computer use; however, associations with smartphone use are unknown. Objective This study aims to characterize daily trajectories in smartphone battery use, a proxy for smartphone use, and examine relationships with clinical indicators of severity in FTLD. Methods Participants were 231 adults (mean age 52.5, SD 14.9 years; n=94, 40.7% men; n=223, 96.5% non-Hispanic White) enrolled in the Advancing Research and Treatment of Frontotemporal Lobar Degeneration (ARTFL study) and Longitudinal Evaluation of Familial Frontotemporal Dementia Subjects (LEFFTDS study) Longitudinal Frontotemporal Lobar Degeneration (ALLFTD) Mobile App study, including 49 (21.2%) with mild neurobehavioral changes and no functional impairment (ie, prodromal FTLD), 43 (18.6%) with neurobehavioral changes and functional impairment (ie, symptomatic FTLD), and 139 (60.2%) clinically normal adults, of whom 55 (39.6%) harbored heterozygous pathogenic or likely pathogenic variants in an autosomal dominant FTLD gene. Participants completed the Clinical Dementia Rating plus National Alzheimer’s Coordinating Center Frontotemporal Lobar Degeneration Behavior and Language Domains (CDR+NACC FTLD) scale, a neuropsychological battery; the Neuropsychiatric Inventory; and brain magnetic resonance imaging. The ALLFTD Mobile App was installed on participants’ smartphones for remote, passive, and continuous monitoring of smartphone use. Battery percentage was collected every 15 minutes over an average of 28 (SD 4.2; range 14-30) days. To determine whether temporal patterns of battery percentage varied as a function of disease severity, linear mixed effects models examined linear, quadratic, and cubic effects of the time of day and their interactions with each measure of disease severity on battery percentage. Models covaried for age, sex, smartphone type, and estimated smartphone age. Results The CDR+NACC FTLD global score interacted with time on battery percentage such that participants with prodromal or symptomatic FTLD demonstrated less change in battery percentage throughout the day (a proxy for less smartphone use) than clinically normal participants (P<.001 in both cases). Additional models showed that worse performance in all cognitive domains assessed (ie, executive functioning, memory, language, and visuospatial skills), more neuropsychiatric symptoms, and smaller brain volumes also associated with less battery use throughout the day (P<.001 in all cases). Conclusions These findings support a proof of concept that passively collected data about smartphone use behaviors associate with clinical impairment in FTLD. This work underscores the need for future studies to develop and validate passive digital markers sensitive to longitudinal clinical decline across neurodegenerative diseases, with potential to enhance real-world monitoring of neurobehavioral change.

Tourette syndrome (TS) is highly heritable, although identification of its underlying genetic cause(s) has remained elusive. We examined a European ancestry sample composed of 2,435 TS cases and 4,100 controls for copy-number variants (CNVs) using SNP microarrays and identified two genome-wide significant loci that confer a substantial increase in risk for TS (NRXN1, OR=20.3, 95%CI [2.6-156.2], p=6.0 × 10-6; CNTN6, OR=10.1, 95% CI [2.3-45.4], p=3.7 × 10-5). Approximately 1% of TS cases carried one of these CNVs, indicating that rare structural variation contributes significantly to the genetic architecture of TS.