A brief diagnostic battery of neuropsychological tests was developed for a large-scale epidemiological study of dementia. We operationally defined dementia as defective memory and defective performance in at least two other areas, including orientation, abstract reasoning, construction, and language. Criterion scores for defining defective performance on each test were developed. In a pilot study that used 51 different subjects with a working diagnosis based on physicians' assessment (ie, 32 demented and 29 nondemented subjects), the test-based diagnosis agreed with the working diagnosis in all but two cases. The test battery was then applied to 430 healthy elderly subjects. Eighteen percent of those with 8 or less years of education met criteria for dementia compared with 5% of those with more than 8 years of education. We computed education-corrected scores for each test with the use of residuals from the regression of each test score on education. Based on corrected scores, 12 subjects were reclassified as nondemented and 11 as demented. Subjects who were reclassified as demented were significantly more impaired in activities of daily living than nondemented subjects who were not reclassified. Activities of daily living in subjects who were reclassified as nondemented did not differ from those in demented subjects who were not reclassified. These findings suggest that the neuropsychological battery may have utility in the diagnosis of dementia. However, neuropsychological performance may be influenced by education, and some form of adjustment, such as correction for activities of daily living, may be required in epidemiological studies.

Abstract Objective The genetic bases of Alzheimer’s disease remain uncertain. An international effort to fully articulate genetic risks and protective factors is underway with the hope of identifying potential therapeutic targets and preventive strategies. The goal here was to identify and characterize the frequency and impact of rare and ultra-rare variants in Alzheimer’s disease using whole exome sequencing in 20,197 individuals. Methods We used a gene-based collapsing analysis of loss-of-function ultra-rare variants in a case-control study design with data from the Washington Heights-Inwood Columbia Aging Project, the Alzheimer’s Disease Sequencing Project and unrelated individuals from the Institute of Genomic Medicine at Columbia University. Results We identified 19 cases carrying extremely rare SORL1 loss-of-function variants among a collection of 6,965 cases and a single loss-of-function variant among 13,252 controls (p = 2.17 × 10 -8 ; OR 36.2 [95%CI 5.8 – 1493.0]). Age-at-onset was seven years earlier for patients with SORL1 qualifying variant compared with non-carriers. No other gene attained a study-wide level of statistical significance, but multiple top-ranked genes, including GRID2IP, WDR76 and GRN , were among candidates for follow-up studies. Interpretation This study implicates ultra-rare, loss-of-function variants in SORL1 as a significant genetic risk factor for Alzheimer’s disease and provides a comprehensive dataset comparing the burden of rare variation in nearly all human genes in Alzheimer’s disease cases and controls. This is the first investigation to establish a genome-wide statistically significant association between multiple extremely rare loss-of-function variants in SORL1 and Alzheimer’s disease in a large whole-exome study of unrelated cases and controls.

Abstract BACKGROUND Few rare variants have been identified in genetic loci from genome‐wide association studies (GWAS) of Alzheimer's disease (AD), limiting understanding of mechanisms, risk assessment, and genetic counseling. METHODS Using genome sequencing data from 197 families in the National Institute on Aging Alzheimer's Disease Family Based Study and 214 Caribbean Hispanic families, we searched for rare coding variants within known GWAS loci from the largest published study. RESULTS Eighty‐six rare missense or loss‐of‐function (LoF) variants completely segregated in 17.5% of families, but in 91 (22.1%) families Apolipoprotein E ( APOE)‐ 𝜀4 was the only variant segregating. However, in 60.3% of families, APOE 𝜀4, missense, and LoF variants were not found within the GWAS loci. DISCUSSION Although APOE 𝜀4and several rare variants were found to segregate in both family datasets, many families had no variant accounting for their disease. This suggests that familial AD may be the result of unidentified rare variants. Highlights Rare coding variants from GWAS loci segregate in familial Alzheimer's disease. Missense or loss of function variants were found segregating in nearly 7% of families. APOE‐𝜀4 was the only segregating variant in 29.7% in familial Alzheimer's disease. In Hispanic and non‐Hispanic families, different variants were found in segregating genes. No coding variants were found segregating in many Hispanic and non‐Hispanic families.

Abstract The risk of developing Alzheimer’s disease (AD) significantly increases in individuals carrying the APOEε4 allele. Elderly cognitively healthy individuals with APOEε4 also exist, suggesting the presence of cellular mechanisms that counteract the pathological effects of APOEε4 ; however, these mechanisms are unknown. We hypothesized that APOEε4 carriers without dementia might carry genetic variations that could protect them from developing APOEε4- mediated AD pathology. To test this, we leveraged whole genome sequencing (WGS) data in National Institute on Aging Alzheimer’s Disease Family Based Study (NIA-AD FBS), Washington Heights/Inwood Columbia Aging Project (WHICAP), and Estudio Familiar de Influencia Genetica en Alzheimer (EFIGA) cohorts and identified potentially protective variants segregating exclusively among unaffected APOEε4 carriers. In homozygous unaffected carriers above 70 years old, we identified 510 rare coding variants. Pathway analysis of the genes harboring these variants showed significant enrichment in extracellular matrix (ECM)-related processes, suggesting protective effects of functional modifications in ECM proteins. We prioritized two genes that were highly represented in the ECM-related gene ontology terms, (FN1) and collagen type VI alpha 2 chain ( COL6A2 ) and are known to be expressed at the blood-brain barrier (BBB), for postmortem validation and in vivo functional studies. The FN1 and COL6A2 protein levels were increased at the BBB in APOEε4 carriers with AD. Brain expression of cognitively unaffected homozygous APOEε4 carriers had significantly lower FN1 deposition and less reactive gliosis compared to homozygous APOEε4 carriers with AD, suggesting that FN1 might be a downstream driver of APOEε4 -mediated AD-related pathology and cognitive decline. To validate our findings, we used zebrafish models with loss-of-function (LOF) mutations in fn1b – the ortholog for human FN1 . We found that fibronectin LOF reduced gliosis, enhanced gliovascular remodeling and potentiated the microglial response, suggesting that pathological accumulation of FN1 could impair toxic protein clearance, which is ameliorated with FN1 LOF. Our study suggests vascular deposition of FN1 is related to the pathogenicity of APOEε4 , LOF variants in FN1 may reduce APOEε4 -related AD risk, providing novel clues to potential therapeutic interventions targeting the ECM to mitigate AD risk.

Abstract Alzheimer’s Disease (AD) exhibits a complex molecular and phenotypic profile. Investigating gene expression plays a crucial role in unraveling the disease’s etiology and progression. Transcriptome data across ethnic groups lack, negatively impacting equity in intervention and research. We employed 565 brains across six U.S. brain banks ( n= 399 non-Hispanic Whites, n =113 Hispanics, n= 12 African Americans) to generated bulk RNA sequencing from prefrontal cortex. We sought to identify cross-ancestry and ancestry-specific differentially expressed genes (DEG) across Braak stages, adjusting for sex, age at death, and RNA quality metrics. We further validated our findings using the Religious Orders Study/Memory Aging Project brains (ROS/MAP; n= 1,095) and performed metanalysis ( n= 1,660). We conducted Gene Set and Variation and Enrichment analysis (GSVA; GSEA). We employed a machine-learning approach for phenotype prediction and gene prioritization to construct a polytranscriptomics risk score (PTRS) splitting our sample into training and testing sub-samples, either randomly or by ethnicity (“ancestry-agnostic” and “ancestry-aware”, respectively). Lastly, we validated top DEG using single-nucleus RNA sequencing (snRNAseq) data. We identified several DEG associated with Braak staging: AD-known genes VGF ( P adj =3.78E- 07) and ADAMTS2 ( P ad j =1.21E-04) were consistently differentially expressed across statistical models, ethnicities, and replicated in ROS/MAP. Genes from the heat shock protein ( HSP ) family, e.g. HSPB7 ( P adj =3.78E-07), were the top differentially expressed genes and replicated in ROS/MAP. Ethnic-stratified analyses prioritized TNFSF14 and SPOCD1 as top Hispanics DEG. GSEA highlighted “ Alzheimer disease ” ( P adj =4.24E-06) and “ TYROBP causal network in microglia ” ( P adj =1.68E-08) pathways. Up- and down-regulated genes were enriched in several pathways (e.g. “ Immune response activation signal pathways” , “ Vesicle-mediated transport in synapse ”, “ cognition ”). Ancestry-agnostic and ancestry-aware PTRS effectively classified brains (AUC=0.77 and 0.73 respectively) and replicated in ROS/MAP. snRNAseq validated prioritized genes, including VGF ( downregulated in neurons; P adj =1.1 E-07). This is the largest diverse AD transcriptome in post-mortem brain tissue, to our knowledge. We identified perturbated genes, pathways and network expressions in AD brains resulting in cross- ethnic and ethnic-specific findings, ultimately highlighting the diversity within AD pathogenesis. The latter underscores the need for an integrative and personalized approach in AD studies.

Genetic variants and epigenetic features both contribute to the risk of Alzheimer's disease (AD). We studied the AD association of CpG-related single nucleotide polymorphisms (CGS), which act as a hub of both the genetic and epigenetic effects, in Caribbean Hispanics (CH) and generalized the findings to Non-Hispanic Whites (NHW). First, we conducted a genome-wide, sliding-window-based association with AD, in 7,155 CH and 1,283 NHW participants. Next, using data from the dorsolateral prefrontal cortex in 179 CH brains, we tested the cis- and trans-effects of AD-associated CGS on brain DNA methylation to mRNA expression. For the genes with significant cis- and trans-effects, we investigated their enriched pathways. We identified six genetic loci in CH with CGS dosage associated with AD at genome-wide significance levels: ADAM20 (Score = 55.19, P = 4.06 × 10–8), the intergenic region between VRTN and SYNDIG1L (Score = − 37.67, P = 2.25 × 10–9), SPG7 (16q24.3) (Score = 40.51, P = 2.23 × 10–8), PVRL2 (Score = 125.86, P = 1.64 × 10–9), TOMM40 (Score = − 18.58, P = 4.61 × 10–8), and APOE (Score = 75.12, P = 7.26 × 10–26). CGSes in PVRL2 and APOE were also significant in NHW. Except for ADAM20, CGSes in the other five loci were associated with CH brain methylation levels (mQTLs) and CGSes in SPG7, PVRL2, and APOE were also mQTLs in NHW. Except for SYNDIG1L (P = 0.08), brain methylation levels in the other five loci affected downstream mRNA expression in CH (P < 0.05), and methylation at VRTN and TOMM40 were also associated with mRNA expression in NHW. Gene expression in these six loci were also regulated by CpG sites in genes that were enriched in the neuron projection and glutamatergic synapse pathways (FDR < 0.05). DNA methylation at all six loci and mRNA expression of SYNDIG1 and TOMM40 were significantly associated with Braak Stage in CH. In summary, we identified six CpG-related genetic loci associated with AD in CH, harboring both genetic and epigenetic risks. However, their downstream effects on mRNA expression maybe ethnic specific and different from NHW.

Background: Imputation has become a standard approach in genome-wide association studies (GWAS) to infer in silico untyped markers. Although feasibility for common variants imputation is well established, we aimed to assess rare and ultra-rare variants imputation in an admixed Caribbean Hispanic population (CH). Methods: We evaluated imputation accuracy in CH (N=1,000), focusing on rare (0.1% ≤minor allele frequency (MAF) ≤ 1%) and ultra-rare (MAF < 0.1%) variants. We used two reference panels, the Haplotype Reference Consortium (HRC; N=27,165) and 1000 Genome Project (1000G phase 3; N=2,504) and multiple phasing (SHAPEIT, Eagle2) and imputation algorithms (IMPUTE2, MACH-Admix). To assess imputation quality, we reported: a) high-quality variant counts according to imputation tools internal indexes (e.g. IMPUTE2 Info≥80%). b) Wilcoxon Signed-Rank Test comparing imputation quality for genotyped variants that were masked and imputed; c) Cohens kappa coefficient to test agreement between imputed and whole-exome sequencing (WES) variants; d) imputation of G206A mutation in the PSEN1 (ultra-rare in the general population an more frequent in CH) followed by confirmation genotyping. We also tested ancestry proportion (European, African and Native American) against WES-imputation mismatches in a Poisson regression fashion. Results: SHAPEIT2 retrieved higher percentage of imputed high-quality variants than Eagle2 (rare: 51.02% vs. 48.60%; ultra-rare 0.66% vs 0.65%, Wilcoxon p-value < 0.001). SHAPEIT-IMPUTE2 employing HRC outperformed 1000G (64.50% vs. 59.17%; 1.69% vs 0.75% for high-quality rare and ultra-rare variants, respectively; Wilcoxon p-value < 0.001). SHAPEIT-IMPUTE2 outperformed MaCH-Admix. Compared to 1000G, HRC-imputation retrieved a higher number of high-quality rare and ultra-rare variants, despite showing lower agreement between imputed and WES variants (e.g. rare: 98.86% for HRC vs. 99.02% for 1000G). High Kappa (K = 0.99) was observed for both reference panels. Twelve G206A mutation carriers were imputed and all validated by confirmation genotyping. African ancestry was associated with higher imputation errors for uncommon and rare variants (p-value < 1e-05). Conclusion: Reference panels with larger numbers of haplotypes can improve imputation quality for rare and ultra-rare variants in admixed populations such as CH. Ethnic composition is an important predictor of imputation accuracy, with higher African ancestry associated with poorer imputation accuracy.