Hypermethylation of repeat expanded C9orf72 is a clinical and molecular disease modifier

Abstract

C9orf72 promoter hypermethylation inhibits the accumulation of pathologies which have been postulated to be neurotoxic. We tested here whether C9orf72 hypermethylation is associated with prolonged disease in C9orf72 mutation carriers. C9orf72 methylation was quantified from brain or blood using methylation-sensitive restriction enzyme digest-qPCR in a cross-sectional cohort of 118 C9orf72 repeat expansion carriers and 19 non-carrier family members. Multivariate regression models were used to determine whether C9orf72 hypermethylation was associated with age at onset, disease duration, age at death, or hexanucleotide repeat expansion size. Permutation analysis was performed to determine whether C9orf72 methylation is heritable. We observed a high correlation between C9orf72 methylation across tissues including cerebellum, frontal cortex, spinal cord and peripheral blood. While C9orf72 methylation was not significantly different between ALS and FTD and did not predict age at onset, brain and blood C9orf72 hypermethylation was associated with later age at death in FTD (brain: β = 0.18, p = 0.006; blood: β = 0.15, p < 0.001), and blood C9orf72 hypermethylation was associated with longer disease duration in FTD (β = 0.03, p = 0.007). Furthermore, C9orf72 hypermethylation was associated with smaller hexanucleotide repeat length (β = −16.69, p = 0.033). Finally, analysis of pedigrees with multiple mutation carriers demonstrated a significant association between C9orf72 methylation and family relatedness (p < 0.0001). C9orf72 hypermethylation is associated with prolonged disease in C9orf72 repeat expansion carriers with FTD. The attenuated clinical phenotype associated with C9orf72 hypermethylation suggests that slower clinical progression in FTD is associated with reduced expression of mutant C9orf72. These results support the hypothesis that expression of the hexanucleotide repeat expansion is associated with a toxic gain of function.

Cross-Sectional Survey of Relevant Literatures as to the Current Proposed Disease Mechanisms and Treatments of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

“…70 The increasing evidence for the presence of this sequence in FALS cases combined with the late age of onset for symptoms has led some studies to evaluate the possibility that this irregularity in RNA processing caused by the hexanucleotide expansion may be initially corrected by conventional cellular repair mechanisms only to eventually overwhelm the system in later life. 79 This expansion itself may not be inherently irregular but instead trigger pathogenicity in differentially methylated states 80,81 and has also demonstrated a concordance with abnormal localization of TDP-43, a hallmark of ALS neuronal pathology. 68 Murine models with induced GGGGCC sequences have also been constructed, evidencing a gain of function relationship theorized elsewhere.…”

Evaluation of methylation status of the 5’-promoter region of C9orf72 gene in Russian patients with neurodegenerative diseases

“…Возросший интерес к этой области науки при БАС и ЛВД связан с возможностью иссле-дования новых теорий развития заболевания, что мо-жет обеспечить понимание механизмов этих 2 леталь-ных патологий. Существуют противоречивые данные о том, что эпигенетическая модификация гена C9orf72 посредством гиперметилирования значимо коррели-рует с более быстрым течением заболевания, однако в других исследованиях показан нейропротективный эффект для этой категории пациентов [14][15][16][17]. Гипер-метилирование CpG-островков 5' -промоторной области гена C9orf72 продемонстрировано различными группами исследователей и встречается примерно в 10-30 % случаев среди пациентов с экспансией в ге-не C9orf72 [14,17], вероятно, приводя к снижению уровня экспрессии C9orf72.…”

“…Метилирование этой об-ласти обнаружено только у 2 сибсов в группе носите-лей полной экспансии. Таким образом, частота встре-чаемости мутации в нашей когорте составила 9,1 % (1 / 11), что согласуется с результатами других исследо-ваний (10-30 %) [14,17]. Присутствие сходных сайтов метилирования у обоих пациентов-родственников может говорить о наследуемости данной модификации гена.…”

“…Изменение клинического фенотипа у нашего пациента может быть результатом снижения уровня экспрессии патологического аллеля вследствие метилирования 5' -промоторной области гена C9orf72, что может способствовать уменьшению токсического эффекта экспансии. По данным других исследований, четкой корреляции статуса метилирова-ния с фенотипическим вариантом нейродегенератив-ного процесса либо продолжительностью заболевания не выявлено [14][15][16][17]. Для поиска и анализа более де-тальных клинико-эпигенетических корреляций необ-ходимы дальнейшие исследования на большей когорте пациентов с БАС и другой C9orf72-ассоциированной нейродегенеративной патологией.…”

Emerging role of RNA•DNA hybrids inC9orf72-linked neurodegeneration

“…62,68,[80][81][82] There are 2 cytosine-phosphate-guanine (CpG) islands flanking the C9orf72 repeat locus. The CpG island upstream of the repeat has been found to have increased methylation in a subset of expanded repeat carriers, 62,68,81 while the CpG island downstream of the repeat is unmethylated.…”