Abstract Parkinson’s 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.

Abstract One of the most common genetic risk factors for Parkinson’s disease (PD) are variants in GBA1 , which encodes the lysosomal enzyme glucocerebrosidase (GCase). GCase deficiency has been associated with an increased PD risk, but not all individuals with low GCase activity are carriers of GBA1 mutations, suggesting other factors may be acting as modifiers. We aimed to discover common variants associated with GCase activity, as well as replicate previously reported associations, by performing a genome-wide association study using two independent cohorts: a Columbia University cohort consisting of 697 PD cases and 347 controls and the Parkinson’s Progression Markers Initiative (PPMI) cohort consisting of 357 PD cases and 163 controls. As expected, GBA1 variants have the strongest association with decreased activity, led by p.N370S (beta = -4.36, se = 0.32, p = 5.05e-43). We also identify a novel association in the GAA locus (encoding for acid alpha-glucosidase, beta = -0.96, se = 0.17, p = 5.23e-09) that may be the result of an interaction between GCase and acid alpha-glucosidase based on various interaction analyses. Lastly, we show that several PD-risk loci are potentially associated with GCase activity. Further research will be needed to replicate and validate our findings and to uncover the functional connection between acid alpha-glucosidase and GCase.

Objective: REM-sleep behavior disorder (RBD) is a prodromal synucleinopathy, as >80% will eventually convert to overt synucleinopathy. We performed an in-depth analysis of the SNCA locus to identify RBD-specific risk variants. Methods: Full sequencing and genotyping of SNCA was performed in isolated/idiopathic RBD (iRBD, n=1,076), Parkinson's disease (PD, n=1,013), and dementia with Lewy bodies (DLB, n=415), and in control subjects (n=6,155). A replication cohort from 23andMe of PD patients with probable RBD (pRBD) was also analyzed (cases n=1,782, controls n=131,250). Adjusted logistic regression models and meta-analyses were performed. Effects on conversion rate were analyzed in 432 RBD patients with available data using Kaplan-Meier survival analysis. Results: A 5'-region SNCA variant (rs10005233) was associated with iRBD (OR=1.43, p=1.1E-08), which was replicated in pRBD. This variant is in linkage disequilibrium (LD) with other 5' risk variants across the different synucleinopathies. An independent iRBD-specific suggestive association (rs11732740) was detected at the 3' of SNCA (OR=1.32, p=4.7E-04, not statistically significant after Bonferroni correction). Homozygous carriers of both iRBD-specific SNPs were at highly increased risk for iRBD (OR=5.74, p=2E-06). The known top PD-associated variant (3' variant rs356182) had an opposite direction of effect in iRBD compared to PD. Interpretation: There is a distinct pattern of association at the SNCA locus in RBD as compared to PD, with an opposite direction of effect at the 3' of SNCA. Several 5' SNCA variants are associated with iRBD and with pRBD in overt synucleinopathies, and may suggest a cognitive component to this region.

Objective We aimed to study the role of coding VPS13C variants in a large cohort of late-onset PD (LOPD) patients.Methods VPS13C and its untranslated regions were sequenced using targeted next-generation sequencing in 1,567 PD patients and 1,667 controls from 3 cohorts. Association tests of rare potential homozygous and compound heterozygous variants and burden tests for rare heterozygous variants were performed. Common variants were analyzed using logistic regression adjusted for age and sex in each of the cohorts, followed by a meta-analysis.Results No bi-allelic carriers of rare VPS13C variants were found among patients and two carriers of compound heterozygous variants were found in two controls. There was no statistically significant burden of rare (MAF<1%) or very rare (MAF<0.1%) coding VPS13C variants in PD. A VPS13C haplotype including the p.R153H-p.I398I-p.I1132V-p.Q2376Q variants was nominally associated with a reduced risk for PD (meta-analysis of the tagging SNP p.I1132V (OR=0.48, 95%CI=0.28-0.82, p =0.0052). This haplotype was not in linkage disequilibrium (LD) with the known genome-wide association study (GWAS) top hit.Conclusions Our results do not support a role for rare heterozygous or bi-allelic VPS13C variants in LOPD. Additional genetic replication and functional studies are needed to examine the role of the haplotype identified here associated with reduced risk for PD.

Variants in the CTSB gene encoding the lysosomal hydrolase cathepsin B (catB) are associated with increased risk of Parkinson9s disease (PD). However, neither the specific CTSB variants driving these associations nor the functional pathways that link catB to PD pathogenesis have been characterized. CatB activity contributes to lysosomal protein degradation and regulates signaling processes involved in autophagy and lysosome biogenesis. Previous in vitro studies have found that catB can cleave monomeric and fibrillar alpha-synuclein, a key protein involved in the pathogenesis of PD that accumulates in the brains of PD patients. However, truncated synuclein isoforms generated by catB cleavage have an increased propensity to aggregate. Thus, catB activity could potentially contribute to lysosomal degradation and clearance of pathogenic alpha synuclein from the cell, but also has the potential of enhancing synuclein pathology by generating aggregation-prone truncations. Therefore, the mechanisms linking catB to PD pathophysiology remain to be clarified. Here, we conducted genetic analyses of the association between common and rare CTSB variants and risk of PD. We then used genetic and pharmacological approaches to manipulate catB expression and function in cell lines and induced pluripotent stem cell-derived dopaminergic neurons and assessed lysosomal activity and the handling of aggregated synuclein fibrils. We find that catB inhibition impairs autophagy, reduces glucocerebrosidase (encoded by GBA1) activity, and leads to an accumulation of lysosomal content. In cell lines, reduction of CTSB gene expression impairs the degradation of pre-formed alpha-synuclein fibrils, whereas CTSB gene activation enhances fibril clearance. In midbrain organoids and dopaminergic neurons treated with alpha-synuclein fibrils, catB inhibition potentiates the formation of inclusions which stain positively for phosphorylated alpha-synuclein. These results indicate that the reduction of catB function negatively impacts lysosomal pathways associated with PD pathogenesis, while conversely catB activation could promote the clearance of pathogenic alpha-synuclein.