Background Alzheimer's disease is a common debilitating dementia with known heritability, for which 20 late onset susceptibility loci have been identified, but more remain to be discovered. This study sought to identify new susceptibility genes, using an alternative gene-wide analytical approach which tests for patterns of association within genes, in the powerful genome-wide association dataset of the International Genomics of Alzheimer's Project Consortium, comprising over 7 m genotypes from 25,580 Alzheimer's cases and 48,466 controls. Principal Findings In addition to earlier reported genes, we detected genome-wide significant loci on chromosomes 8 (TP53INP1, p = 1.4×10−6) and 14 (IGHV1-67 p = 7.9×10−8) which indexed novel susceptibility loci. Significance The additional genes identified in this study, have an array of functions previously implicated in Alzheimer's disease, including aspects of energy metabolism, protein degradation and the immune system and add further weight to these pathways as potential therapeutic targets in Alzheimer's disease.

Sven van der Lee, Julie Williams, Gerard Schellenberg and colleagues identify rare coding variants in PLCG2, ABI3 and TREM2 associated with Alzheimer's disease. These genes are highly expressed in microglia and provide additional evidence that the microglia-mediated immune response contributes to the development of Alzheimer's disease. We identified rare coding variants associated with Alzheimer's disease in a three-stage case–control study of 85,133 subjects. In stage 1, we genotyped 34,174 samples using a whole-exome microarray. In stage 2, we tested associated variants (P < 1 × 10−4) in 35,962 independent samples using de novo genotyping and imputed genotypes. In stage 3, we used an additional 14,997 samples to test the most significant stage 2 associations (P < 5 × 10−8) using imputed genotypes. We observed three new genome-wide significant nonsynonymous variants associated with Alzheimer's disease: a protective variant in PLCG2 (rs72824905: p.Pro522Arg, P = 5.38 × 10−10, odds ratio (OR) = 0.68, minor allele frequency (MAF)cases = 0.0059, MAFcontrols = 0.0093), a risk variant in ABI3 (rs616338: p.Ser209Phe, P = 4.56 × 10−10, OR = 1.43, MAFcases = 0.011, MAFcontrols = 0.008), and a new genome-wide significant variant in TREM2 (rs143332484: p.Arg62His, P = 1.55 × 10−14, OR = 1.67, MAFcases = 0.0143, MAFcontrols = 0.0089), a known susceptibility gene for Alzheimer's disease. These protein-altering changes are in genes highly expressed in microglia and highlight an immune-related protein–protein interaction network enriched for previously identified risk genes in Alzheimer's disease. These genetic findings provide additional evidence that the microglia-mediated innate immune response contributes directly to the development of Alzheimer's disease.

Apolipoprotein E (APOE) dependent lifetime risks (LTRs) for Alzheimer Disease (AD) are currently not accurately known and odds ratios alone are insufficient to assess these risks. We calculated AD LTR in 7351 cases and 10 132 controls from Caucasian ancestry using Rochester (USA) incidence data. At the age of 85 the LTR of AD without reference to APOE genotype was 11% in males and 14% in females. At the same age, this risk ranged from 51% for APOE44 male carriers to 60% for APOE44 female carriers, and from 23% for APOE34 male carriers to 30% for APOE34 female carriers, consistent with semi-dominant inheritance of a moderately penetrant gene. Using PAQUID (France) incidence data, estimates were globally similar except that at age 85 the LTRs reached 68 and 35% for APOE 44 and APOE 34 female carriers, respectively. These risks are more similar to those of major genes in Mendelian diseases, such as BRCA1 in breast cancer, than those of low-risk common alleles identified by recent GWAS in complex diseases. In addition, stratification of our data by age groups clearly demonstrates that APOE4 is a risk factor not only for late-onset but for early-onset AD as well. Together, these results urge a reappraisal of the impact of APOE in Alzheimer disease.

Amyloid protein precursor (APP), presenilin-1 (PSEN1), and presenilin-2 (PSEN2) mutations cause autosomal dominant forms of early-onset Alzheimer disease (AD-EOAD). Although these genes were identified in the 1990s, variant classification remains a challenge, highlighting the need to colligate mutations from large series.We report here a novel update (2012-2016) of the genetic screening of the large AD-EOAD series ascertained across 28 French hospitals from 1993 onwards, bringing the total number of families with identified mutations to n = 170. Families were included when at least two first-degree relatives suffered from early-onset Alzheimer disease (EOAD) with an age of onset (AOO) ≤65 y in two generations. Furthermore, we also screened 129 sporadic cases of Alzheimer disease with an AOO below age 51 (44% males, mean AOO = 45 ± 2 y). APP, PSEN1, or PSEN2 mutations were identified in 53 novel AD-EOAD families. Of the 129 sporadic cases screened, 17 carried a PSEN1 mutation and 1 carried an APP duplication (13%). Parental DNA was available for 10 sporadic mutation carriers, allowing us to show that the mutation had occurred de novo in each case. Thirteen mutations (12 in PSEN1 and 1 in PSEN2) identified either in familial or in sporadic cases were previously unreported. Of the 53 mutation carriers with available cerebrospinal fluid (CSF) biomarkers, 46 (87%) had all three CSF biomarkers-total tau protein (Tau), phospho-tau protein (P-Tau), and amyloid β (Aβ)42-in abnormal ranges. No mutation carrier had the three biomarkers in normal ranges. One limitation of this study is the absence of functional assessment of the possibly and probably pathogenic variants, which should help their classification.Our findings suggest that a nonnegligible fraction of PSEN1 mutations occurs de novo, which is of high importance for genetic counseling, as PSEN1 mutational screening is currently performed in familial cases only. Among the 90 distinct mutations found in the whole sample of families and isolated cases, definite pathogenicity is currently established for only 77%, emphasizing the need to pursue the effort to classify variants.

Genetic discoveries of Alzheimer's disease are the drivers of our understanding, and together with polygenetic risk stratification can contribute towards planning of feasible and efficient preventive and curative clinical trials. We first perform a large genetic association study by merging all available case-control datasets and by-proxy study results (discovery n = 409,435 and validation size n = 58,190). Here, we add six variants associated with Alzheimer's disease risk (near APP, CHRNE, PRKD3/NDUFAF7, PLCG2 and two exonic variants in the SHARPIN gene). Assessment of the polygenic risk score and stratifying by APOE reveal a 4 to 5.5 years difference in median age at onset of Alzheimer's disease patients in APOE ɛ4 carriers. Because of this study, the underlying mechanisms of APP can be studied to refine the amyloid cascade and the polygenic risk score provides a tool to select individuals at high risk of Alzheimer's disease.

Cerebral amyloid angiopathy-related inflammation (CAA-RI) and biopsy-positive primary angiitis of the CNS (BP-PACNS) have overlapping clinicoradiologic presentations. It is unknown whether clinical and radiologic features can differentiate CAA-RI from BP-PACNS and whether both diseases have different relapse rates. The objectives of this study were to compare clinicoradiologic presentations and relapse rates in patients with CAA-RI vs BP-PACNS.

Abstract For complex disorders, estimating the age-related penetrance associated with rare variants of strong effect is essential before a putative use for genetic counseling or disease prevention. However, rarity and co-occurrence with other risk factors make such estimations difficult. In the context of Alzheimer disease, we present a survival model to estimate the penetrance of SORL1 rare (allele frequency< 1%) Loss-of-Function variants (LoF) while accounting for APOE -ε4, the main risk factor (allele frequency∼ 14% in Caucasians). We developed an efficient strategy to compute penetrance estimates accounting for both common and rare genetic variants based on available penetrance curves associated with common risk factors and using incomplete pedigree data to quantify the additional risk conferred by rare variants. Our model combines: (i) a baseline for non-carriers of SORL1 LoF variants, stratified by APOE genotypes derived from the Rotterdam study and (ii) an age-dependent proportional hazard effect for SORL1 LoF variants estimated from pedigrees with a proband carrying such a variant. We embed this model into an Expectation-Maximisation algorithm to accommodate for missing genotypes. Confidence intervals were computed by bootstraps. To correct for ascertainment bias, proband phenotypes were omitted. We obtained penetrance curves associated with SORL1 LoF variants at the digenic level. By age 70, we estimate a 100% penetrance of SORL1 LoF variants only among APOE -ε4ε4 carriers, while penetrance is 56%[40% − 72%] among ε4 heterozygous carriers and 37%[26% − 51%] among ε4 non-carriers. We conclude that rare SORL1 LoF variants should not be used for genetic counseling regardless of the APOE status.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is characterized by extracellular amyloid plaques containing amyloid-β (Aβ) peptides, intraneuronal neurofibrillary tangles, extracellular neuropil threads, and dystrophic neurites surrounding plaques composed of hyperphosphorylated tau protein (pTau). Aβ can also deposit in blood vessel walls leading to cerebral amyloid angiopathy (CAA). While amyloid plaques in AD brains are constant, CAA varies among cases. The study focuses on differences observed between rare and poorly studied patient groups with APP duplications ( APP dup) and Down syndrome (DS) reported to have higher frequencies of elevated CAA levels in comparison to sporadic AD (sAD), most of APP mutations, and controls. We compared Aβ and tau pathologies in postmortem brain tissues across cases and Aβ peptides using mass spectrometry (MS). We further characterized the spatial distribution of Aβ peptides with MS-brain imaging. While intraparenchymal Aβ deposits were numerous in sAD, DS with AD (DS-AD) and AD with APP mutations, these were less abundant in APP dup. On the contrary, Aβ deposits in the blood vessels were abundant in APP dup and DS-AD while only APP dup cases displayed high Aβ deposits in capillaries. Investigation of Aβ peptide profiles showed a specific increase in Aβx-37, Aβx-38 and Aβx-40 but not Aβx-42 in APP dup cases and to a lower extent in DS-AD cases. Interestingly, N-truncated Aβ2-x peptides were particularly increased in APP dup compared to all other groups. This result was confirmed by MS-imaging of leptomeningeal and parenchymal vessels from an APP dup case, suggesting that CAA is associated with accumulation of shorter Aβ peptides truncated both at N- and C-termini in blood vessels. Altogether, this study identified striking differences in the localization and composition of Aβ deposits between AD cases, particularly APP dup and DS-AD, both carrying three genomic copies of the APP gene. Detection of specific Aβ peptides in CSF or plasma of these patients could improve the diagnosis of CAA and their inclusion in anti-amyloid immunotherapy treatments.

Late-onset Alzheimers disease (LOAD, onset age > 60 years) is the most prevalent dementia in the elderly, and risk is partially driven by genetics. Many of the loci responsible for this genetic risk were identified by genome-wide association studies (GWAS). To identify additional LOAD risk loci, we performed the largest GWAS to date (89,769 individuals), analyzing both common and rare variants. We confirm 20 previous LOAD risk loci and identify four new genome-wide loci (IQCK, ACE, ADAM10, and ADAMTS1). Pathway analysis of these data implicates the immune system and lipid metabolism, and for the first time tau binding proteins and APP metabolism. These findings show that genetic variants affecting APP and Abeta processing are not only associated with early-onset autosomal dominant AD but also with LOAD. Analysis of AD risk genes and pathways show enrichment for rare variants (P = 1.32 x 10-7) indicating that additional rare variants remain to be identified.

A population of >6 million people worldwide at high risk of Alzheimer's disease (AD) are those with Down Syndrome (DS, caused by trisomy 21 (T21)), 70% of whom develop dementia during lifetime, caused by an extra copy of β-amyloid-(Aβ)-precursor-protein gene. We report AD-like pathology in cerebral organoids grown in vitro from non-invasively sampled strands of hair from 71% of DS donors. The pathology consisted of extracellular diffuse and fibrillar Aβ deposits, hyperphosphorylated/pathologically conformed Tau, and premature neuronal loss. Presence/absence of AD-like pathology was donor-specific (reproducible between individual organoids/iPSC lines/experiments). Pathology could be triggered in pathology-negative T21 organoids by CRISPR/Cas9-mediated elimination of the third copy of chromosome-21-gene BACE2, but prevented by combined chemical β and γ-secretase inhibition. We found that T21-organoids secrete increased proportions of Aβ-preventing (Aβ1-19) and Aβ degradation products (Aβ1-20 and Aβ1-34). We show these profiles mirror in cerebrospinal fluid of people with DS. We demonstrate that this protective mechanism is mediated by BACE2-trisomy and cross-inhibited by clinically trialled BACE1-inhibitors. Combined, our data prove the physiological role of BACE2 as a dose-sensitive AD-suppressor gene, potentially explaining the dementia delay in ~30% of people with DS. We also show that DS cerebral organoids could be explored as pre-morbid AD-risk population detector and a system for hypothesis-free drug screens as well as identification of natural suppressor genes for neurodegenerative diseases.