Recent studies indicate an increased frequency of mutations in the gene encoding glucocerebrosidase (GBA), a deficiency of which causes Gaucher's disease, among patients with Parkinson's disease. We aimed to ascertain the frequency of GBA mutations in an ethnically diverse group of patients with Parkinson's disease.Sixteen centers participated in our international, collaborative study: five from the Americas, six from Europe, two from Israel, and three from Asia. Each center genotyped a standard DNA panel to permit comparison of the genotyping results across centers. Genotypes and phenotypic data from a total of 5691 patients with Parkinson's disease (780 Ashkenazi Jews) and 4898 controls (387 Ashkenazi Jews) were analyzed, with multivariate logistic-regression models and the Mantel-Haenszel procedure used to estimate odds ratios across centers.All 16 centers could detect two GBA mutations, L444P and N370S. Among Ashkenazi Jewish subjects, either mutation was found in 15% of patients and 3% of controls, and among non-Ashkenazi Jewish subjects, either mutation was found in 3% of patients and less than 1% of controls. GBA was fully sequenced for 1883 non-Ashkenazi Jewish patients, and mutations were identified in 7%, showing that limited mutation screening can miss half the mutant alleles. The odds ratio for any GBA mutation in patients versus controls was 5.43 across centers. As compared with patients who did not carry a GBA mutation, those with a GBA mutation presented earlier with the disease, were more likely to have affected relatives, and were more likely to have atypical clinical manifestations.Data collected from 16 centers demonstrate that there is a strong association between GBA mutations and Parkinson's disease.

Idiopathic REM sleep behaviour disorder (iRBD) is a powerful early sign of Parkinson’s disease, dementia with Lewy bodies, and multiple system atrophy. This provides an unprecedented opportunity to directly observe prodromal neurodegenerative states, and potentially intervene with neuroprotective therapy. For future neuroprotective trials, it is essential to accurately estimate phenoconversion rate and identify potential predictors of phenoconversion. This study assessed the neurodegenerative disease risk and predictors of neurodegeneration in a large multicentre cohort of iRBD. We combined prospective follow-up data from 24 centres of the International RBD Study Group. At baseline, patients with polysomnographically-confirmed iRBD without parkinsonism or dementia underwent sleep, motor, cognitive, autonomic and special sensory testing. Patients were then prospectively followed, during which risk of dementia and parkinsonsim were assessed. The risk of dementia and parkinsonism was estimated with Kaplan-Meier analysis. Predictors of phenoconversion were assessed with Cox proportional hazards analysis, adjusting for age, sex, and centre. Sample size estimates for disease-modifying trials were calculated using a time-to-event analysis. Overall, 1280 patients were recruited. The average age was 66.3 ± 8.4 and 82.5% were male. Average follow-up was 4.6 years (range = 1–19 years). The overall conversion rate from iRBD to an overt neurodegenerative syndrome was 6.3% per year, with 73.5% converting after 12-year follow-up. The rate of phenoconversion was significantly increased with abnormal quantitative motor testing [hazard ratio (HR) = 3.16], objective motor examination (HR = 3.03), olfactory deficit (HR = 2.62), mild cognitive impairment (HR = 1.91–2.37), erectile dysfunction (HR = 2.13), motor symptoms (HR = 2.11), an abnormal DAT scan (HR = 1.98), colour vision abnormalities (HR = 1.69), constipation (HR = 1.67), REM atonia loss (HR = 1.54), and age (HR = 1.54). There was no significant predictive value of sex, daytime somnolence, insomnia, restless legs syndrome, sleep apnoea, urinary dysfunction, orthostatic symptoms, depression, anxiety, or hyperechogenicity on substantia nigra ultrasound. Among predictive markers, only cognitive variables were different at baseline between those converting to primary dementia versus parkinsonism. Sample size estimates for definitive neuroprotective trials ranged from 142 to 366 patients per arm. This large multicentre study documents the high phenoconversion rate from iRBD to an overt neurodegenerative syndrome. Our findings provide estimates of the relative predictive value of prodromal markers, which can be used to stratify patients for neuroprotective trials.

Glucocerebrosidase (GBA) mutations have been associated with Parkinson’s disease in numerous studies. However, it is unknown whether the increased risk of Parkinson’s disease in GBA carriers is due to a loss of glucocerebrosidase enzymatic activity. We measured glucocerebrosidase enzymatic activity in dried blood spots in patients with Parkinson's disease (n = 517) and controls (n = 252) with and without GBA mutations. Participants were recruited from Columbia University, New York, and fully sequenced for GBA mutations and genotyped for the LRRK2 G2019S mutation, the most common autosomal dominant mutation in the Ashkenazi Jewish population. Glucocerebrosidase enzymatic activity in dried blood spots was measured by a mass spectrometry-based assay and compared among participants categorized by GBA mutation status and Parkinson’s disease diagnosis. Parkinson’s disease patients were more likely than controls to carry the LRRK2 G2019S mutation (n = 39, 7.5% versus n = 2, 0.8%, P < 0.001) and GBA mutations or variants (seven homozygotes and compound heterozygotes and 81 heterozygotes, 17.0% versus 17 heterozygotes, 6.7%, P < 0.001). GBA homozygotes/compound heterozygotes had lower enzymatic activity than GBA heterozygotes (0.85 µmol/l/h versus 7.88 µmol/l/h, P < 0.001), and GBA heterozygotes had lower enzymatic activity than GBA and LRRK2 non-carriers (7.88 µmol/l/h versus 11.93 µmol/l/h, P < 0.001). Glucocerebrosidase activity was reduced in heterozygotes compared to non-carriers when each mutation was compared independently (N370S, P < 0.001; L444P, P < 0.001; 84GG, P = 0.003; R496H, P = 0.018) and also reduced in GBA variants associated with Parkinson’s risk but not with Gaucher disease (E326K, P = 0.009; T369M, P < 0.001). When all patients with Parkinson’s disease were considered, they had lower mean glucocerebrosidase enzymatic activity than controls (11.14 µmol/l/h versus 11.85 µmol/l/h, P = 0.011). Difference compared to controls persisted in patients with idiopathic Parkinson’s disease (after exclusion of all GBA and LRRK2 carriers; 11.53 µmol/l/h, versus 12.11 µmol/l/h, P = 0.036) and after adjustment for age and gender (P = 0.012). Interestingly, LRRK2 G2019S carriers (n = 36), most of whom had Parkinson’s disease, had higher enzymatic activity than non-carriers (13.69 µmol/l/h versus 11.93 µmol/l/h, P = 0.002). In patients with idiopathic Parkinson’s, higher glucocerebrosidase enzymatic activity was associated with longer disease duration (P = 0.002) in adjusted models, suggesting a milder disease course. We conclude that lower glucocerebrosidase enzymatic activity is strongly associated with GBA mutations, and modestly with idiopathic Parkinson’s disease. The association of lower glucocerebrosidase activity in both GBA mutation carriers and Parkinson’s patients without GBA mutations suggests that loss of glucocerebrosidase function contributes to the pathogenesis of Parkinson’s disease. High glucocerebrosidase enzymatic activity in LRRK2 G2019S carriers may reflect a distinct pathogenic mechanism. Taken together, these data suggest that glucocerebrosidase enzymatic activity could be a modifiable therapeutic target. Glucocerebrosidase (GBA) mutations are common risk factors for Parkinson’s disease. Alcalay et al. measure glucocerebrosidase enzymatic activity in dried blood spots from patients with Parkinson’s disease with and without GBA mutations, and controls. Low glucocerebrosidase enzymatic activity is strongly associated with GBA mutations, and modestly associated with idiopathic Parkinson’s disease.

Background:  Mutations in GBA and LRRK2 genes have been implicated in Parkinson disease (PD), particularly in Ashkenazi Jews. Methods:  An Israeli Ashkenazi cohort of 420 patients with PD, 333 elderly controls, and 3,805 young controls was screened for eight GBA mutations, which are associated with mild (N370S, R496H) and severe (84GG, IVS2 + 1, V394L, D409H, L444P, RecTL) Gaucher disease. Patients with PD and elderly controls were also genotyped for LRRK2 G2019S. Results: GBA carrier frequency was 17.9% in patients with PD compared to 4.2% in elderly and 6.35% in young controls. The proportion of severe mutation carriers among PD patient GBA carriers was 29% compared to 7% among young controls. Severe and mild GBA mutations increased the risk of developing PD by 13.6- and 2.2-fold, and affected the average age at PD onset (AAO), 55.7 and 57.9 years, compared to 60.7 years in patients without known GBA or LRRK2 mutations. Conclusions:  These data demonstrate genotype-phenotype correlations between different GBA mutations and Parkinson disease (PD) risk and AAO in Ashkenazi Jews. Additionally, an earlier AAO was observed in LRRK2 G2019S carrier PD patients. Finally, these data demonstrate that a surprisingly high frequency, more than one third of our patient population, carried a mutation in GBA or LRRK2.

Abstract Background Increasing evidence supports an extensive and complex genetic contribution to 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 at onset are largely unknown. Objectives To identify the genetic determinants of PD age at onset. Methods Using genetic data of 28,568 PD cases, we performed a genome‐wide association study based on PD age at onset. Results We estimated that the heritability of PD age at onset attributed 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, GBA , INPP5F/BAG3, FAM47E/SCARB2 , and MCCC1 . Notably, SNCA, TMEM175, SCARB2, BAG3 , and GBA have all been shown to be implicated in α‐synuclein aggregation pathways. Remarkably, other well‐established PD risk loci, such as GCH1 and MAPT , did not show a significant effect on age at onset of PD. Conclusions Overall, we have performed the largest age at onset of PD genome‐wide association studies to date, and our results show that not all PD risk loci influence age at onset with significant differences between risk alleles for age at onset. This provides a compelling picture, both within the context of functional characterization of disease‐linked genetic variability and in defining differences between risk alleles for age at onset, or frank risk for disease. © 2019 International Parkinson and Movement Disorder Society

Parkinson's disease is a genetically complex disorder. Multiple genes have been shown to contribute to the risk of Parkinson's disease, 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 Parkinson's disease and Lewy body dementia. 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 Parkinson's disease risk variants. Using multiple, large case-control datasets, totalling 217 165 individuals (22 757 Parkinson's disease cases, 13 431 Parkinson's disease proxy cases, 622 Lewy body dementia cases and 180 355 controls), we identified 1691 Parkinson's disease cases, 81 Lewy body dementia cases, 711 proxy cases and 7624 controls with a GBA variant (p.E326K, p.T369M or p.N370S). We performed a genome-wide association study and analysed the most recent Parkinson's disease-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 Parkinson's disease 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 induced pluripotent cell-derived neurons were shown to have decreased cathepsin B expression compared to controls. These data provide a genetic basis for modification of GBA-associated Parkinson's disease risk and age at onset, although the total contribution of common genetics variants is not large. We further demonstrate that common variability at genes implicated in lysosomal function exerts the largest effect on GBA associated risk for disease. Further, these results have implications for selection of GBA carriers for therapeutic interventions.

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.

ABSTRACT Background Mendelian randomization (MR) is a method for exploring observational associations to find evidence of causality. Objective To apply MR between multiple risk factors/phenotypic traits (exposures) and Parkinson’s disease (PD) in a large, unbiased manner, and to create a public resource for research. Methods We used two-sample MR in which the summary statistics relating to SNPs from genome wide association studies (GWASes) of 5,839 exposures curated on MR Base were used to assess causal relationships with PD. We selected the highest quality exposure GWASes for this report (n=401). For the disease outcome, summary statistics from the largest published PD GWAS were used. For each exposure, the causal effect on PD was assessed using the inverse variance weighted (IVW) method, followed by a range of sensitivity analyses. We used a false discovery rate (FDR) corrected p-value of <0.05 from the IVW analysis to prioritize traits of interest. Results We observed evidence for causal associations between twelve exposures and risk of PD. Of these, nine were causal effects related to increasing adiposity and decreasing risk of PD. The remaining top exposures that affected PD risk were tea drinking, time spent watching television and forced vital capacity, but the latter two appeared to be biased by violations of underlying MR assumptions. Discussion We present a new platform which offers MR analyses for a total of 5,839 GWASes versus the largest PD GWASes available ( https://pdgenetics.shinyapps.io/pdgenetics/ ). Alongside, we report further evidence to support a causal role for adiposity on lowering the risk of PD.

ABSTRACT Polygenic inheritance plays a central role in Parkinson disease (PD). A priority in elucidating PD etiology lies in defining the biological basis of genetic risk. Unraveling how risk leads to disruption will yield disease-modifying therapeutic targets that may be effective. Here, we utilized a high-throughput and hypothesis-free approach to determine biological pathways underlying PD using the largest currently available cohorts of genetic data and gene expression data from International Parkinson’s Disease Genetics Consortium (IPDGC) and the Accelerating Medicines Partnership - Parkinson’s disease initiative (AMP-PD), among other sources. We placed these insights into a cellular context. We applied large-scale pathway-specific polygenic risk score (PRS) analyses to assess the role of common variation on PD risk in a cohort of 457,110 individuals by focusing on a compilation of 2,199 publicly annotated gene sets representative of curated pathways, of which we nominate 46 pathways associated with PD risk. We assessed the impact of rare variation on PD risk in an independent cohort of whole-genome sequencing data, including 4,331 individuals. We explored enrichment linked to expression cell specificity patterns using single-cell gene expression data and demonstrated a significant risk pattern for adult dopaminergic neurons, serotonergic neurons, and radial glia. Subsequently, we created a novel way of building de novo pathways by constructing a network expression community map using transcriptomic data derived from the blood of 1,612 PD patients, which revealed 54 connecting networks associated with PD. Our analyses highlight several promising pathways and genes for functional prioritization and provide a cellular context in which such work should be done.