A genome-wide survival analysis of 14,406 Alzheimer's disease (AD) cases and 25,849 controls identified eight previously reported AD risk loci and 14 novel loci associated with age at onset. Linkage disequilibrium score regression of 220 cell types implicated the regulation of myeloid gene expression in AD risk. The minor allele of rs1057233 (G), within the previously reported CELF1 AD risk locus, showed association with delayed AD onset and lower expression of SPI1 in monocytes and macrophages. SPI1 encodes PU.1, a transcription factor critical for myeloid cell development and function. AD heritability was enriched within the PU.1 cistrome, implicating a myeloid PU.1 target gene network in AD. Finally, experimentally altered PU.1 levels affected the expression of mouse orthologs of many AD risk genes and the phagocytic activity of mouse microglial cells. Our results suggest that lower SPI1 expression reduces AD risk by regulating myeloid gene expression and cell function.

Abstract Genome-wide association studies (GWAS) have identified more than thirty loci associated with Alzheimer’s disease (AD), but the causal variants, regulatory elements, genes and pathways remain largely unknown thus impeding a mechanistic understanding of AD pathogenesis. Previously, we showed that AD risk alleles are enriched in myeloid-specific epigenomic annotations. Here, we show that they are specifically enriched in active enhancers of monocytes, macrophages and microglia. We integrated AD GWAS signals with myeloid epigenomic and transcriptomic datasets using novel analytical approaches to link myeloid enhancer activity to target gene expression regulation and AD risk modification. We nominate candidate AD risk enhancers and identify their target causal genes (including AP4E1, AP4M1, APBB3, BIN1, CD2AP, MS4A4A, MS4A6A, PILRA, RABEP1, SPI1, SPPL2A, TP53INP1, ZKSCAN1, and ZYX) in sixteen loci. Fine-mapping of these enhancers nominates candidate functional variants that likely modify disease susceptibility by regulating causal gene expression in myeloid cells. In the MS4A locus we identified a single candidate functional variant and validated it experimentally in human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived microglia. Combined, these results strongly implicate dysfunction of the myeloid endolysosomal system in the etiology of AD.

ABSTRACT Coding variants that have significant impact on function can provide insights into the biology of a gene but are typically rare in the population. Identifying and ascertaining the frequency of such rare variants requires very large sample sizes. Here, we present the largest catalog of human protein-coding variation to date, derived from exome sequencing of 985,830 individuals of diverse ancestry to serve as a rich resource for studying rare coding variants. Individuals of African, Admixed American, East Asian, Middle Eastern, and South Asian ancestry account for 20% of this Exome dataset. Our catalog of variants includes approximately 10.5 million missense (54% novel) and 1.1 million predicted loss-of-function (pLOF) variants (65% novel, 53% observed only once). We identified individuals with rare homozygous pLOF variants in 4,874 genes, and for 1,838 of these this work is the first to document at least one pLOF homozygote. Additional insights from the RGC-ME dataset include 1) improved estimates of selection against heterozygous loss-of-function and identification of 3,459 genes intolerant to loss-of-function, 83 of which were previously assessed as tolerant to loss-of-function and 1,241 that lack disease annotations; 2) identification of regions depleted of missense variation in 457 genes that are tolerant to loss-of-function; 3) functional interpretation for 10,708 variants of unknown or conflicting significance reported in ClinVar as cryptic splice sites using splicing score thresholds based on empirical variant deleteriousness scores derived from RGC-ME; and 4) an observation that approximately 3% of sequenced individuals carry a clinically actionable genetic variant in the ACMG SF 3.1 list of genes. We make this important resource of coding variation available to the public through a variant allele frequency browser. We anticipate that this report and the RGC-ME dataset will serve as a valuable reference for understanding rare coding variation and help advance precision medicine efforts.

Abstract A genome-wide survival analysis of 14,406 Alzheimer’s disease (AD) cases and 25,849 controls identified eight previously reported AD risk loci and fourteen novel loci associated with age at onset. LD score regression of 220 cell types implicated regulation of myeloid gene expression in AD risk. In particular, the minor allele of rs1057233 (G), within the previously reported CELF1 AD risk locus, showed association with delayed AD onset and lower expression of SPI1 in monocytes and macrophages. SPI1 encodes PU.1, a transcription factor critical for myeloid cell development and function. AD heritability is enriched within the PU.1 cistrome, implicating a myeloid PU.1 target gene network in AD. Finally, experimentally altered PU.1 levels affect the expression of mouse orthologs of many AD risk genes and the phagocytic activity of mouse microglial cells. Our results suggest that lower SPI1 expression reduces AD risk by regulating myeloid gene expression and cell function.

Importance Atrial fibrillation (AF) has a substantial genetic component. The importance of polygenic risk is well established, while the contribution of rare variants to disease risk warrants characterization in large cohorts. Objective To identify rare predicted loss-of-function (pLOF) variants associated with AF and elucidate their role in risk of AF, cardiomyopathy (CM), and heart failure (HF) in combination with a polygenic risk score (PRS). Design, Setting, and Participants This was a genetic association and nested case-control study. The impact of rare pLOF variants was evaluated on the risk of incident AF. HF and CM were assessed in cause-specific Cox regressions. End of follow-up was July 1, 2022. Data were analyzed from January to October 2023. The UK Biobank enrolled 502 480 individuals aged 40 to 69 years at inclusion in the United Kingdom between March 13, 2006, and October 1, 2010. UK residents of European ancestry were included. Individuals with prior diagnosis of AF were excluded from analyses of incident AF. Exposures Rare pLOF variants and an AF PRS. Main Outcomes and Measures Risk of AF and incident HF or CM prior to and subsequent to AF diagnosis. Results A total of 403 990 individuals (218 489 [54.1%] female) with a median (IQR) age of 58 (51-63) years were included; 24 447 were diagnosed with incident AF over a median (IQR) follow-up period of 13.3 (12.4-14.0) years. Rare pLOF variants in 6 genes ( TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , KDM5B , and C10orf71 ) were associated with AF. Of these, TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , and KDM5B replicated in an external cohort. Combined with high PRS, rare pLOF variants conferred an odds ratio of 7.08 (95% CI, 6.03-8.28) for AF. Carriers with high PRS also had a substantial 10-year risk of AF (16% in female individuals and 24% in male individuals older than 60 years). Rare pLOF variants were associated with increased risk of CM both prior to AF (hazard ratio [HR], 3.13; 95% CI, 2.24-4.36) and subsequent to AF (HR, 2.98; 95% CI, 1.89-4.69). Conclusions and Relevance Rare and common genetic variation were associated with an increased risk of AF. The findings provide insights into the genetic underpinnings of AF and may aid in future genetic risk stratification.

Apolipoprotein E ( APOE ) ε4 is the strongest genetic risk factor for Alzheimer's disease (AD). Although its association with AD is well-established, the impact of APOE ε4 on human brain cell function remains unclear. Here we investigated the effects of APOE ε4 on several brain cell types derived from human induced pluripotent stem cells and human APOE targeted replacement mice. Gene set enrichment and pathway analyses of whole transcriptome profiles showed that APOE ε4 is associated with dysregulation of cholesterol homeostasis in human but not mouse astrocytes and microglia. Elevated matrisome signaling associated with chemotaxis, glial activation and lipid biosynthesis in APOE ε4 mixed neuron/astrocyte cultures parallels altered pathways uncovered in cell-type deconvoluted transcriptomic data from APOE ε4 glia and AD post-mortem brains. Experimental validation of the transcriptomic findings showed that isogenic APOE ε4 is associated with increased lysosomal cholesterol levels and decreased cholesterol efflux, demonstrating decoupled lipid metabolism. APOE ε4 glia also secrete higher levels of proinflammatory chemokines, cytokines and growth factors, indicative of glial activation. Thus, APOE ε4 induces human glia-specific dysregulation that may initiate AD risk.

Alcohol use disorder (AUD) is a prevalent neuropsychiatric disorder that is a major global health concern, affecting millions of people worldwide. Past molecular studies of AUD used underpowered single cell analysis or bulk homogenates of postmortem brain tissue, which obscures gene expression changes in specific cell types. Here we performed single nuclei RNA-sequencing analysis of 73 post-mortem samples from individuals with AUD (N=36, N

Paired Immunoglobulin-like Type 2 Receptor Alpha (PILRA) is a cell surface inhibitory receptor that recognizes specific O-glycosylated proteins and is expressed on various innate immune cell types including microglia. We show here that a common missense variant (G78R, rs1859788) of PILRA is the likely causal allele for the confirmed Alzheimer's disease risk locus at 7q21 (rs1476679). The G78R variant alters the interaction of residues essential for sialic acid engagement, resulting in >50% reduced binding for several PILRA ligands including a novel ligand, complement component 4A, and herpes simplex virus 1 (HSV-1) glycoprotein B. PILRA is an entry receptor for HSV-1 via glycoprotein B, and macrophages derived from R78 homozygous donors showed significantly decreased levels of HSV-1 infection at several multiplicities of infection compared to homozygous G78 macrophages. We propose that PILRA G78R protects individuals from Alzheimer's disease risk via reduced inhibitory signaling in microglia and reduced microglial infection during HSV-1 recurrence.

Abstract Significance Identification of causal variants and genes underlying genome-wide association study (GWAS) loci is essential to understanding the biology of alcohol use disorder (AUD). Methods Integration of “multi-omics” data is often necessary to nominate candidate causal variants and genes and prioritize them for follow up studies. Here, we used Mendelian randomization to integrate AUD and drinks per week (DPW) GWAS summary statistics with the gene expression and methylation quantitative trait loci (eQTLs and mQTLs) in the largest brain and myeloid datasets. We also used AUD-related single cell epigenetic data to nominate candidate causal variants and genes associated with DPW and AUD. Results Our multi-omics integration analyses prioritized unique as well as shared genes and pathways among AUD and DPW. The GWAS variants associated with both AUD and DPW showed significant enrichment in the promoter regions of fetal and adult brains. The integration of GWAS SNPs with mQTLs from fetal brain prioritized variants on chromosome 11 in both AUD and DPW GWASs. The co-localized variants were found to be overlapping with promoter marks for SPI1, specifically in human microglia, the myeloid cells of the brain. The co-localized SNPs were also strongly associated with SPI1 mRNA expression in myeloid cells from peripheral blood. The prioritized variant at this locus is predicted to alter the binding site for a transcription factor, RXRA, a key player in the regulation of myeloid cell function. Our analysis also identified MAPT as a candidate causal gene specifically associated with DPW. mRNA expression of MAPT was also correlated with daily amounts of alcohol intake in post-mortem brains (frontal cortex) from alcoholics and controls (N = 92). Results may be queried and visualized in an online public resource of these integrative analysis ( https://lcad.shinyapps.io/alc_multiomics/ ). These results highlight overlap between causal genes for neurodegenerative diseases, alcohol use disorder and alcohol consumption. In conclusion integrating GWAS summary statistics with multi-omics datasets from multiple sources identified biological similarities and differences between typical alcohol intake and disordered drinking highlighting molecular heterogeneity that might inform future targeted functional and cross-species studies. Interestingly, overlap was also observed with causal genes for neurodegenerative diseases.

Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a neurodegenerative tauopathy with features distinct from but also overlapping with Alzheimer disease (AD). While both exhibit Alzheimer-type temporal lobe neurofibrillary degeneration alongside amnestic cognitive impairment, PART develops independently of amyloid-β (Aβ) deposition in plaques. The pathogenesis of PART is unknown, but evidence suggests it is associated with genes that promote tau pathology as well as others that protect from Aβ toxicity. Here, we performed a genetic association study in an autopsy cohort of individuals with PART ( n =647) using Braak neurofibrillary tangle stage as a quantitative trait adjusting for sex, age, genotyping platform, and principal components. We found significant associations with some candidate loci associated with AD and progressive supranuclear palsy, a primary tauopathy ( SLC24A4, MS4A6A, HS3ST1, MAPT and EIF2AK3 ). Genome-wide association analysis revealed a novel significant association with a single nucleotide polymorphism on chromosome 4 (rs56405341) in a locus containing three genes, including JADE1 which was significantly upregulated in tangle-bearing neurons by single-soma RNA-seq. Immunohistochemical studies using antisera targeting JADE1 protein revealed localization within tau aggregates in autopsy brain from tauopathies containing isoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R) and mixed 3R/4R, but not with 3R exclusively. Co-immunoprecipitation revealed a direct and specific binding of JADE1 protein to tau containing four (4R) and no N-terminal inserts (0N4R) in post-mortem human PART brain tissue. Finally, knockdown of the Drosophila JADE1 homolog rhinoceros (rno) enhanced tau-induced toxicity and apoptosis in vivo in a humanized 0N4R mutant tau knock-in model as quantified by rough eye phenotype and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) in the fly brain. Together, these findings indicate that PART has a genetic architecture that partially overlaps with AD and other tauopathies and suggests a novel role for JADE1 as a mediator of neurofibrillary degeneration.