Quantitative studies of lower motor neuron degeneration in amyotrophic lateral sclerosis : Evidence for exponential decay of motor unit numbers and greatest rate of loss at the site of onset

Objective: To use our Bayesian method of motor unit number estimation (MUNE) to evaluate lower motor neuron degeneration in ALS. Methods: In subjects with ALS we performed serial MUNE studies. We examined the repeatability of the test and then determined whether the loss of MUs was fitted by an exponential or Weibull distribution. Results: The decline in motor unit (MU) numbers was well-fitted by an exponential decay curve. We calculated the half life of MUs in the abductor digiti minimi (ADM), abductor pollicis brevis (APB) and/or extensor digitorum brevis (EDB) muscles. The mean half life of the MUs of ADM muscle was greater than those of the APB or EDB muscles. The half-life of MUs was less in the ADM muscle of subjects with upper limb than in those with lower limb onset. Conclusions: The rate of loss of lower motor neurons in ALS is exponential, the motor units of the APB decay more quickly than those of the ADM muscle and the rate of loss of motor units is greater at the site of onset of disease. Significance: This shows that the Bayesian MUNE method is useful in following the course and exploring the clinical features of ALS. 2012 International Federation of Clinical Neurophysiology.

Novel TBK1 truncating mutation in a familial amyotrophic lateral sclerosis patient of Chinese origin

Missense and frameshift mutations in TRAF family member-associated NF-kappa-B activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1) have been reported in European sporadic and familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) cohorts. To assess the role of TBK1 in ALS patient cohorts of wider ancestry, we have analyzed whole-exome sequence data from an Australian cohort of familial ALS (FALS) patients and controls. We identified a novel TBK1 deletion (c.1197delC) in a FALS patient of Chinese origin. This frameshift mutation (p.L399fs) likely results in a truncated protein that lacks functional domains required for adapter protein binding, as well as protein activation and structural integrity. No novel or reported TBK1 mutations were identified in FALS patients of European ancestry. This is the first report of a TBK1 mutation in an ALS patient of Asian origin and indicates that sequence variations in TBK1 are a rare cause of FALS in Australia. © 2015 Elsevier Inc.

Early Functional Deficit and Microglial Disturbances in a Mouse Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis

11 p.

Genetics of amyotrophic lateral sclerosis

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées.

Uncovering the role of misfolded SOD1 in the pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

La sclérose latérale amyothrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative charactérisée par la perte des neurones moteurs menant à la paralysie et à la mort. Environ 20% des cas familiaux de la SLA sont causés par des mutations de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), conduisant vers un mauvais repliement de la protéine SOD1, ce qui a comme conséquence un gain de fonction toxique. Plusieurs anticorps spécifiques pour la forme mal repliée de la protéine ont été générés et utilisés comme agent thérapeutique dans des modèles précliniques. Comment le mauvais repliement de SOD1 provoque la perte sélective des neurones moteurs demeure non résolu. La morphologie, le bilan énergétique et le transport mitochondrial sont tous documentés dans les modèles de la SLA basés sur SOD1, la détérioration des mitochondries joue un rôle clé dans la dégénération des neurones moteurs. De plus, la protéine SOD1 mal repliée s’associe sélectivement sur la surface des mitochondries de la moelle épinière chez les modèles de rongeurs de la SLA. Notre hypothèse est que l’accumulation de la protéine SOD1 mal repliée sur les mitochondries pourrait nuire aux fonctions mitochondriales. À cette fin, nous avons développé un nouvel essai par cytométrie de flux afin d’isoler les mitochondries immunomarquées avec des anticorps spécifiques à la forme malrepliée de SOD1 tout en évaluant des aspects de la fonction mitochondriale. Cette méthode permettra de comparer les mitochondries portant la protéine SOD1 mal repliée à celles qui ne la portent pas. Nous avons utilisé un anticorps à conformation spécifique de SOD1, B8H10, pour démontrer que la protéine mal repliée SOD1 s’associe avec les mitochondries de la moelle épinière des rat SOD1G93A d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries avec la protéine mal repliée SOD1 B8H10 associée à leur surface (B8H10+) ont un volume et une production excessive de superoxyde significativement plus grand, mais possèdent un potentiel transmembranaire comparable aux mitochondries B8H10-. En outre, la présence de la protéine mal repliée SOD1 reconnue par B8H10 coïncide avec des niveaux plus élevés de la forme pro-apoptotique de Bcl-2. L’immunofluorescence de sections de moelle épinière du niveau lombaire avec l’anticorps spécifique à la conformation B8H10 et AMF7-63, un autre anticorps conformationnel spécifique de SOD1, démontre des motifs de localisations distincts. B8H10 a été trouvé principalement dans les neurones moteurs et dans plusieurs points lacrymaux dans tout le neuropile. Inversement, AMF7-63 a marqué les neurones moteurs ainsi qu’un réseau fibrillaire distinctif concentré dans la corne antérieure. Au niveau subcellulaire, SOD1 possèdant la conformation reconnu par AMF7-63 est aussi localisée sur la surface des mitochondries de la moelle épinière d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries AMF7-63+ ont une augmentation du volume comparé aux mitochondries B8H10+ et à la sous-population non marquée. Cependant, elles produisent une quantité similaire de superoxyde. Ensemble, ces données suggèrent qu’il y a plusieurs types de protéines SOD1 mal repliées qui convergent vers les mitochondries et causent des dommages. De plus, différentes conformations de SOD1 apportent une toxicité variable vers les mitochondries. Les protéines SOD1 mal repliées réagissant à B8H10 et AMF7-63 sont présentes en agrégats dans les fractions mitochondriales, nous ne pouvons donc pas prendre en compte leurs différents effets sur le volume mitochondrial. Les anticorps conformationnels sont des outils précieux pour identifier et caractériser le continuum du mauvais repliement de SOD1 en ce qui concerne les caractéristiques biochimiques et la toxicité. Les informations présentes dans cette thèse seront utilisées pour déterminer le potentiel thérapeutique de ces anticorps.

Neurofilament heavy subunit in cerebrospinal fluid: A biomarker of amyotrophic lateral sclerosis?

The objectives of this study were to investigate the presence of the three neurofilament subunits, ubiquitin, proteasome and 3-nitrotyrosine, in CSF samples of ALS patients. CSF samples were obtained by lumbar puncture from 10 ALS patients and six controls. All samples were analysed by Western blotting. Results revealed that neurofilament heavy subunit was identified in 70% of ALS cases and we conclude that this subunit may be a promising biomarker for clinical diagnosis of ALS.

Excitability properties of mouse motor axons in the mutant SOD1(G93A) model of amyotrophic lateral sclerosis

Non-invasive excitability studies of motor axons in patients with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) have revealed a changing pattern of abnormal membrane properties with disease progression, but the heterogeneity of the changes has made it difficult to relate them to pathophysiology. The SOD1(G93A) mouse model of ALS displays more synchronous motoneuron pathology. Multiple excitability measures of caudal and sciatic nerves in mutant and wild-type mice were compared before onset of signs and during disease progression (4-19 weeks), and they were related to changes in muscle fiber histochemistry. Excitability differences indicated a modest membrane depolarization in SOD1(G93A) axons at about the time of symptom onset (8 weeks), possibly due to deficient energy supply. Previously described excitability changes in ALS patients, suggesting altered sodium and potassium conductances, were not seen in the mice. This suggests that those changes relate to features of the human disease that are not well represented in the animal model.

Single-dose pharmacokinetics and tolerability of oral delta-9- tetrahydrocannabinol in patients with amyotrophic lateral sclerosis

Cannabinoids exert neuroprotective and symptomatic effects in amyotrophic lateral sclerosis (ALS). We assessed the pharmacokinetics (PK) and tolerability of delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) in ALS patients.

Amyotrophic lateral sclerosis and Parkinsonism-dementia complex of Guam: Descriptive epidemiology, secular trends, and birth cohort effects on incidence, 1950--1989

This study describes the patterns of occurrence of amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and parkinsonism-dementia complex (PDC) of Guam during 1950-1989. Both ALS and PDC occur with high frequency among the indigenous Chamorro population, first recognized in the early 1950's. Reports in the early 1980's indicated that both ALS and PDC were disappearing, due to a purported reduction in exposure to harmful environmental factors as a result of the dramatic changes in lifestyle that took place after World War II. However, this study provides compelling evidence that ALS and PDC have not disappeared on Guam and that rates for both are higher during 1980-1989 than previously reported.^ The patterns of occurrence for both ALS and PDC overlap in most respects: (1) incidence and mortality are decreasing; (2) median age at onset is increasing; (3) males are at increased risk for developing disease; (4) risk is higher for those residing in the south compared to the non-south; and (5) age-specific incidence is decreasing over time except in the oldest age groups.^ Age-specific incidence of ALS and PDC, separately and together, is generally higher for cohorts born before 1920 than for those born after 1920. A significant birth cohort effect on the incidence of PDC for the 1906-1915 birth cohort was found, but not for ALS and for ALS and PDC together. Whether or not a cohort effect, period effect, or both are associated with incidence of ALS and PDC cannot be determined from the data currently available and will require additional follow-up of individuals born after 1920.^ The epidemiological data amassed over this 40-year period provide evidence that supports an environmental exposure model for disease occurrence as opposed to a simple genetic or infectious disease model. Whether neurodegenerative disease in this population occurs as a consequence of a single exposure or is explained by a multifactorial model such as a genetic predisposition with some environmental interaction is yet to be determined. However, descriptive studies such as this can provide clues concerning timing and location of potential adverse exposures but cannot determine etiology, underscoring the urgent need for analytic studies of ALS and PDC to further investigate existing etiologic hypotheses and to test new hypotheses. ^