Abstract The genetic basis of Lewy body dementia (LBD) is not well understood. Here, we performed whole-genome sequencing in large cohorts of LBD cases and neurologically healthy controls to study the genetic architecture of this understudied form of dementia and to generate a resource for the scientific community. Genome-wide association analysis identified five independent risk loci, whereas genome-wide gene-aggregation tests implicated mutations in the gene GBA . Genetic risk scores demonstrate that LBD shares risk profiles and pathways with Alzheimer’s and Parkinson’s disease, providing a deeper molecular understanding of the complex genetic architecture of this age-related neurodegenerative condition.

We performed the largest genome-wide association study of PD to date, involving the analysis of 7.8M SNPs in 37.7K cases, 18.6K UK Biobank proxy-cases, and 1.4M controls. We identified 90 independent genome-wide significant signals across 78 loci, including 38 independent risk signals in 37 novel loci. These variants explained 26-36% of the heritable risk of PD. Tests of causality within a Mendelian randomization framework identified putatively causal genes for 70 risk signals. Tissue expression enrichment analysis suggested that signatures of PD loci were heavily brain-enriched, consistent with specific neuronal cell types being implicated from single cell expression data. We found significant genetic correlations with brain volumes, smoking status, and educational attainment. In sum, these data provide the most comprehensive understanding of the genetic architecture of PD to date by revealing many additional PD risk loci, providing a biological context for these risk factors, and demonstrating that a considerable genetic component of this disease remains unidentified.

Increasing evidence supports an extensive and complex genetic contribution to Parkinson's disease (PD). Previous genome-wide association studies (GWAS) have shed light on the genetic basis of risk for this disease. However, the genetic determinants of PD age of onset are largely unknown. Here we performed an age of onset GWAS based on 28,568 PD cases. We estimated that the heritability of PD age of onset due to common genetic variation was ~0.11, lower than the overall heritability of risk for PD (~0.27) likely in part because of the subjective nature of this measure. We found two genome-wide significant association signals, one at SNCA and the other a protein-coding variant in TMEM175, both of which are known PD risk loci and a Bonferroni corrected significant effect at other known PD risk loci, INPP5F/BAG3, FAM47E/SCARB2, and MCCC1. In addition, we identified that GBA coding variant carriers had an earlier age of onset compared to non-carriers. Notably, SNCA, TMEM175, SCARB2, BAG3 and GBA have all been shown to either directly influence alpha-synuclein aggregation or are implicated in alpha-synuclein aggregation pathways. Remarkably, other well-established PD risk loci such as GCH1, MAPT and RAB7L1/NUCKS1 (PARK16) did not show a significant effect on age of onset of PD. While for some loci, this may be a measure of power, this is clearly not the case for the MAPT locus; thus genetic variability at this locus influences whether but not when an individual develops disease. We believe this is an important mechanistic and therapeutic distinction. Furthermore, these data support a model in which alpha-synuclein and lysosomal mechanisms impact not only PD risk but also age of disease onset and highlights that therapies that target alpha-synuclein aggregation are more likely to be disease-modifying than therapies targeting other pathways.

Recent large-scale genetic studies have allowed for the first glimpse of the effects of common genetic variability in dementia with Lewy bodies (DLB), identifying risk variants with appreciable effect sizes. However, it is currently well established that a substantial portion of the genetic heritable component of complex traits is not captured by genome-wide significant SNPs. To overcome this issue, we have estimated the proportion of phenotypic variance explained by genetic variability (SNP heritability) in DLB using a method that is unbiased by allele frequency or linkage disequilibrium properties of the underlying variants. This shows that the heritability of DLB is nearly twice as high as previous estimates based on common variants only (31% vs 59.9%). We also determine the amount of phenotypic variance in DLB that can be explained by recent polygenic risk scores from either Parkinson's disease (PD) or Alzheimer's disease (AD), and show that, despite being highly significant, they explain a low amount of variance. Additionally, to identify pleiotropic events that might improve our understanding of the disease, we performed genetic correlation analyses of DLB with over 200 diseases and biomedically relevant traits. Our data shows that DLB has a positive correlation with education phenotypes, which is opposite to what occurs in AD. Overall, our data suggests that novel genetic risk factors for DLB should be identified by larger GWAS and these are likely to be independent from known AD and PD risk variants.

Parkinson disease (PD) is a genetically complex disorder. Multiple genes have been shown to contribute to the risk of PD, and currently 90 independent risk variants have been identified by genome-wide association studies. Thus far, a number of genes (including SNCA, LRRK2, and GBA) have been shown to contain variability across a spectrum of frequency and effect, from rare, highly penetrant variants to common risk alleles with small effect sizes. Variants in GBA, encoding the enzyme glucocerebrosidase, are associated with Lewy body diseases such as PD and Lewy body dementia (LBD). These variants, which reduce or abolish enzymatic activity, confer a spectrum of disease risk, from 1.4- to >10-fold. An outstanding question in the field is what other genetic factors that influence GBA-associated risk for disease, and whether these overlap with known PD risk variants. Using multiple, large case-control datasets, totalling 217,165 individuals (22,757 PD cases, 13,431 PD proxy cases, 622 LBD cases and 180,355 controls), we identified 1,772 PD cases, 711 proxy cases and 7,624 controls with a GBA variant (p.E326K, p.T369M or p.N370S). We performed a genome-wide association study and analysed the most recent PD-associated genetic risk score to detect genetic influences on GBA risk and age at onset. We attempted to replicate our findings in two independent datasets, including the personal genetics company 23andMe, Inc. and whole-genome sequencing data. Our analysis showed that the overall PD genetic risk score modifies risk for disease and decreases age at onset in carriers of GBA variants. Notably, this effect was consistent across all tested GBA risk variants. Dissecting this signal demonstrated that variants in close proximity to SNCA and CTSB (encoding cathepsin B) are the most significant contributors. Risk variants in the CTSB locus were identified to decrease mRNA expression of CTSB. Additional analyses suggest a possible genetic interaction between GBA and CTSB and GBA p.N370S neurons were shown to have decreased Cathepsin B expression compared to controls. These data provide a genetic basis for modification of GBA-associated PD risk and age at onset and demonstrate that variability at genes implicated in lysosomal function exerts the largest effect on GBA associated risk for disease. Further, these results have important implications for selection of GBA carriers for therapeutic interventions