Premutations in C9ORF72 and FMR1 in Iceland

Abstract

Modern sequencing technology has been instrumental in determining the sequence of DNA. However, there are regions within the genome that cannot be sequenced using traditional methods. Repetitive DNA sequences such as GC-rich repeat expansions can alter gene expression and confer risk of or cause diseases. If these repeats are not fully expanded, they are sometimes called premutations (PM). PM may contribute to neuropsychological and/or neurodegenerative disorders and can mutate to a full mutation (FM). Attaining the number of long repeats has been problematic, especially for a large population based sample. Here, we used a novel approach involving whole genome sequencing, two-primer PCR, and three-primer PCR to determine accurately the repeat number in C9ORF72. We used genotype data together with data from a three-primer PCR to find PM haplotypes in FMR1 and used them to identify PM candidates in the Icelandic population. The varying lengths of the C9ORF72 and FMR1 repeats were then associated with different phenotypes. We detected a significant association between long repeats in C9ORF72 and ALS (p = 5.14×10-7, OR = 86.4). Further, we detected an association with Alzheimer’s disease (p = 5.09×10-5, OR = 16.1). Phenotypes previously associated with the FMR1 PM could not be confirmed in the Icelandic sample. The novel approach used in this study can be used to identify PM carriers of other repeat expansions and estimate their impact in large samples.

Raðgreiningartækni hefur spilað mikilvægt hlutverk í að ákvarða röð niturbasanna í erfðamengi mannsins. Það eru þó svæði innan þess sem er ekki hægt að raðgreina með hefðbundnum aðferðum. Langar og GC-ríkar endurtekningar í erfðamenginu eru dæmi um svæði sem erfitt er að raðgreina en slíkar raðir geta breytt tjáningu gena og valdið sjúkdómum. Til eru endurtekningar sem kallast forstökkbreytingar (PM) en þær eru ekki jafn langar og sjúkdómsvaldandi endurtekningar (FM) en geta þó aukið líkur á öðrum röskunum í taugakerfinu. Það hefur verið erfitt að leggja mat á lengd endurtekninganna, sérstaklega í stórum þýðum. Við settum saman nýja aðferð, sem samanstendur af heilraðgreiningu, tveggja-vísa PCR og þriggja-vísa PCR, til að ákvarða fjölda endurtekninga í C9ORF72. Við notuðum arfgerðargögn og þriggja-vísa PCR til að finna setröð sem aðeins fannst í FMR1 PM berum og bárum kennsl á mögulega PM bera í íslensku þjóðinni. Fylgnin milli mismunandi lengdar á endurtekningunum í C9ORF72 og FMR1 og mismunandi svipgerða var skoðuð. Við sáum marktæka fylgni milli langra endurtekninga í C9ORF72 og blandaðrar hreyfitaugahrörnunar (p = 5.14×10-7, OR = 86.4). Við sáum einnig marktækt samband við Alzheimers sjúkdóm (p = 5.09×10-5, OR = 16.1). Fylgnin milli FMR1 PM bera og svipgerða sem hafa áður verið tengdar við PM var ekki staðfest. Með þessari nýju aðferð, sem var notast við í rannsókninni, er hægt að finna PM bera á öðrum löngum endurtekningum og meta áhrif þeirra í stóru þýði.