title: A biallelic repeat expansion mutation in RFC1 as a possible risk factor for Parkinson's disease
Creators: name: Huber, Jennifer
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Parkinson-Krankheit (PD) gilt weltweit als zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Da über sechs Millionen Menschen an dieser Krankheit leiden, ist das Verständnis ihrer molekularen Pathologie von großer Bedeutung. Nichtsdestotrotz können nur 10 bis 15 % der Fälle auf genetische Faktoren zurückgeführt werden. Aktuelle Studien liefern Hinweise darauf, dass Expansionsmutationen (Repeat Expansion Mutations, REMs), die sich im Replication Factor Komplex 1 (RFC1) befinden, an der molekularen Pathogenese der Parkinson-Krankheit beteiligt sind. Dieser pathologische Mechanismus wurde ursprünglich im Zuge der neurologischen Erkrankung „Cerebellar Ataxia Neuropathie Vestibular Areflexia Syndrome“ (CANVAS) beschrieben. Ziel dieser Studie ist es, die Rolle von REMs in RFC1 bei der Pathogenese der Parkinson-Krankheit zu untersuchen. Zu diesem Zweck haben wir Genotypisierungstechniken an einer großen Kohorte österreichischer Patienten mit klinisch diagnostiziertem Parkinsonismus angewendet. Mithilfe von „Repeat Primed PCR“, Southern-Blot-Analysen und quantitativer PCR haben wir alle Personen auf verschiedene RFC1-Expansionsvarianten untersucht. Wir haben uns dabei hauptsächlich auf das biallelisch erweiterte RFC1-Motiv 〖AAGGG〗_n konzentriert, welches sich vom Wildtyp-Motiv unterscheidet, da es als ursächlich für CANVAS gilt. Wir konnten zeigen, dass eine biallelische 〖AAGGG〗_n- Expansionen in RFC1 in hohem Maße mit der Entwicklung von Parkinson verbunden ist. Es wurde festgestellt, dass 1,34 % unserer Patientenkohorte (12/1204) biallelische Expansionen aufwiesen, verglichen mit 0,7 % der gesunden Kontrollpersonen (1/1204). Dies unterstreicht nachdrücklich die Relevanz biallelischer 〖AAGGG〗_n RFC1-Expansionen für die Ätiologie der Parkinson-Krankheit. Darüber hinaus beobachteten wir eine Korrelation des biallelisch erweiterten Wildtyp-RFC1-Motiv 〖AAAAG〗_n mit der Entwicklung von Parkinson, von der bislang berichtet wurde, dass sie nicht zu pathogenen Phänotypen führt. Dies weist erneut auf die Bedeutung biallelisch expandierter RFC1-Varianten bei der Parkinson-Krankheit und verwandten Krankheiten hin. Southern-Blot-Analysen von biallelisch 〖AAGGG〗_n expandierten Proben ergaben eine geringere Expansionsgröße als bei der CANVAS-Krankheit, mit 380 bis 660 Wiederholungseinheiten im größeren Allel im Vergleich zu CANVAS, wo die Repeat-Anzahl typischerweise zwischen 400 und 2.000 liegt. Darüber hinaus beobachteten wir in allen Proben ein weniger expandiertes Allel, das beinahe eine Wildtypgröße von 11 Wiederholungen aufwies. Wir postulieren, dass Personen mit einer RFC1-Expansion, die nahe an der Größe des Wildtyps liegt, und einer anderen Expansion, die größer als die pathologische Schwelle, aber kleiner als die typische Wiederholungszahl ist, die CANVAS verursacht, mit größerer Wahrscheinlichkeit PD anstelle von CANVAS entwickeln. Zuvor wurde festgestellt, dass eine pathologische RFC1-Expansion zusammen mit vier spezifischen Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) („rs2066790, rs11096992, rs17584703 und rs6844176“) vererbt wird. In unseren Analysen haben wir den SNP rs1109699 als Marker für das Vorhandensein der pathogenen Wiederholungsexpansion in RFC1 ausgewertet und eine Übereinstimmungsrate von 100 % beobachtet. Wir könnten daher den vorgeschlagenen Risiko-Haplotyp bestätigen. Alle PD-Patienten, die das biallelisch expandierte RFC1-Motiv 〖AAGGG〗_n tragen, wurden positiv auf diesen SNP getestet, was auf eine verknüpftes Vererbungsmuster hinweist. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass biallelische Expansionen im RFC1-Gen stark mit der Entstehung der Parkinson-Krankheit assoziiert sind. Die Größe der Expansionen ist kleiner als in CANVAS, übersteigt jedoch deutlich die Größe gesunder Wiederholungszahlen. Hiermit bietet diese Arbeit nicht nur Einblicke in die Heterogenität von RFC1, sondern unterscheidet auch zwischen der möglichen Rolle von RFC1 bei der Entstehung von PD oder CANVAS. Folglich sind die im Rahmen dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse von großer Bedeutung für zukünftige genetische Diagnostik im klinischen Kontext.
description: Parkinson’s Disease (PD) is considered to be the second most common neurodegenerative disease worldwide. With over six million people suffering from the disease, the understanding of its molecular pathology is of great importance. Notwithstanding only 10 to 15% of the cases of the cases can be explained attributed by to genetical factors. Recent studies provide evidence suggesting the involvement of repeat expansion mutations (REMs) located residing in the replication factor complex unit 1 (RFC1) in the etiology pathogenesis of PD. This pathological mechanism has initially been described reported for the adult-onset neurological disorder disease Cerebellar Ataxia Neuropathy Vestibular Areflexia Syndrome (CANVAS). This study aims to assess the role of REMs in RFC1 in the pathogenesis of PD. For this purpose, we applied genotyping techniques on a large cohort of Austrian patients with clinically diagnosed parkinsonism. Utilizing repeat primed PCR, Southern blot analyses and quantitative PCR, we screened all individuals for different RFC1 expansion variants. We hereby mainly focused on the biallelically expanded RFC1 motif 〖AAGGG〗_n, which differs from the wildtype motif, as it has been indicated to be causative for CANVAS. We could show that a biallelic 〖AAGGG〗_n expansion in RFC1 is highly associated with the development of PD. 1,34% of our patient cohort (12/1204) were found to carry biallelic expansions compared to 0,7% of healthy controls (1/1204). This strongly emphasizes the relevance of biallelic 〖AAGGG〗_n RFC1 expansions in the etiology of PD. Additionally, we observed a correlation of the biallelically expanded wildtype RFC1 motif 〖AAAAG〗_n with the development of PD, which was so far reported to not result in pathogenic phenotypes. This again highlights the significance of biallelically expanded RFC1 variants in PD and related diseases. Southern blot analyses of biallelically 〖AAGGG〗_n expanded samples revealed a smaller expansion size than in CANVAS disease, with 380 to 660 repeat units in the larger allele compared to CANVAS with repeat units typically ranging spanning from 400 to 2,000. Additionally, we observed one less expanded allele in all samples showing almost a wildtype size of 11 repeats. We postulate that individuals with one RFC1 expansion close to the wild-type size and another expansion larger than the pathological threshold but smaller than the typical repeat number causing CANVAS, are more likely to develop PD instead of CANVAS. Pathological RFC1 expansion were previously found to be inherited together with four specific single nucleotide polymorphisms (“rs2066790, rs11096992, rs17584703, and rs6844176”). In our analyses we evaluated the SNP rs1109699 as a marker for the presence of the pathogenic repeat expansion in RFC1 and observed a 100% concordance rate. We could therefore reinforce the suggested founder haplotype. All PD patients carrying harboring the biallelically expanded RFC1 motif 〖AAGGG〗_n tested positive for this distinct SNP, indicating a linked shared founder haplotypepattern of inheritance. In conclusion, we could be able to show, biallelic repeat expansions in the RFC1 gene being strongly associated with the development of Parkinson´s disease. The size of the expansions is smaller than in CANVAS but significantly exceeds the size of healthy repeat numbers. This thesis not only provides insight into the heterogeneity of RFC1 but also distinguishes between the potential role of RFC1 causing either PD or CANVAS. Consequently, the findings generated throughout this study, yield great importance regarding future genetical diagnostic in clinical context.