Whole-exome sequencing reveals that a rare variant of phospholipase D3 (PLD3(V232M)) segregates with Alzheimer’s disease status in two independent families and doubles risk for the disease in case–control series, and that several other PLD3 variants increase risk for Alzheimer’s disease in African Americans and people of European descent. The identification of mutations causing Alzheimer's disease in amyloid-β precursor protein, presenilin 1 and presenilin 2 led to a better understanding of the pathobiology of the condition. Further mutations are expected to be implicated, but the identification of such variants has been challenging. These authors used exome sequencing to identify low-frequency coding variants with large effects on late-onset Alzheimer's disease. They report several coding variants in the gene PLD3, coding for phospholipase D3, that increase disease risk at least twofold. PLD3 may have a role in the processing of amyloid-β and may have potential as a novel therapeutic target. Genome-wide association studies (GWAS) have identified several risk variants for late-onset Alzheimer's disease (LOAD)1,2. These common variants have replicable but small effects on LOAD risk and generally do not have obvious functional effects. Low-frequency coding variants, not detected by GWAS, are predicted to include functional variants with larger effects on risk. To identify low-frequency coding variants with large effects on LOAD risk, we carried out whole-exome sequencing (WES) in 14 large LOAD families and follow-up analyses of the candidate variants in several large LOAD case–control data sets. A rare variant in PLD3 (phospholipase D3; Val232Met) segregated with disease status in two independent families and doubled risk for Alzheimer’s disease in seven independent case–control series with a total of more than 11,000 cases and controls of European descent. Gene-based burden analyses in 4,387 cases and controls of European descent and 302 African American cases and controls, with complete sequence data for PLD3, reveal that several variants in this gene increase risk for Alzheimer’s disease in both populations. PLD3 is highly expressed in brain regions that are vulnerable to Alzheimer’s disease pathology, including hippocampus and cortex, and is expressed at significantly lower levels in neurons from Alzheimer’s disease brains compared to control brains. Overexpression of PLD3 leads to a significant decrease in intracellular amyloid-β precursor protein (APP) and extracellular Aβ42 and Aβ40 (the 42- and 40-residue isoforms of the amyloid-β peptide), and knockdown of PLD3 leads to a significant increase in extracellular Aβ42 and Aβ40. Together, our genetic and functional data indicate that carriers of PLD3 coding variants have a twofold increased risk for LOAD and that PLD3 influences APP processing. This study provides an example of how densely affected families may help to identify rare variants with large effects on risk for disease or other complex traits.

Summary

 Cerebrospinal fluid (CSF) tau, tau phosphorylated at threonine 181 (ptau), and Aβ₄₂ are established biomarkers for Alzheimer's disease (AD) and have been used as quantitative traits for genetic analyses. We performed the largest genome-wide association study for cerebrospinal fluid (CSF) tau/ptau levels published to date (n = 1,269), identifying three genome-wide significant loci for CSF tau and ptau: rs9877502 (p = 4.89 × 10⁻⁹ for tau) located at 3q28 between GEMC1 and OSTN, rs514716 (p = 1.07 × 10⁻⁸ and p = 3.22 × 10⁻⁹ for tau and ptau, respectively), located at 9p24.2 within GLIS3 and rs6922617 (p = 3.58 × 10⁻⁸ for CSF ptau) at 6p21.1 within the TREM gene cluster, a region recently reported to harbor rare variants that increase AD risk. In independent data sets, rs9877502 showed a strong association with risk for AD, tangle pathology, and global cognitive decline (p = 2.67 × 10⁻⁴, 0.039, 4.86 × 10⁻⁵, respectively) illustrating how this endophenotype-based approach can be used to identify new AD risk loci.

Late onset Alzheimer’s disease (LOAD) etiology is influenced by complex interactions between genetic and environmental risk factors. Large-scale genome wide association studies (GWAS) for LOAD have identified 10 novel risk genes: ABCA7, BIN1, CD2AP, CD33, CLU, CR1, EPHA1, MS4A6A, MS4A6E, and PICALM. We sought to measure the influence of GWAS single nucleotide polymorphisms (SNPs) and gene expression levels on clinical and pathological measures of AD in brain tissue from the parietal lobe of AD cases and age-matched, cognitively normal controls. We found that ABCA7, CD33, and CR1 expression levels were associated with clinical dementia rating (CDR), with higher expression being associated with more advanced cognitive decline. BIN1 expression levels were associated with disease progression, where higher expression was associated with a delayed age at onset. CD33, CLU, and CR1 expression levels were associated with disease status, where elevated expression levels were associated with AD. Additionally, MS4A6A expression levels were associated with Braak tangle and Braak plaque scores, with elevated expression levels being associated with more advanced brain pathology. We failed to detect an association between GWAS SNPs and gene expression levels in our brain series. The minor allele of rs3764650 in ABCA7 is associated with age at onset and disease duration, and the minor allele of rs670139 in MS4A6E was associated with Braak tangle and Braak plaque score. These findings suggest that expression of some GWAS genes, namely ABCA7, BIN1, CD33, CLU, CR1 and the MS4A family, are altered in AD brains.

Currently no effective disease-modifying agents exist for the treatment of Alzheimer disease (AD). The Fyn tyrosine kinase is implicated in AD pathology triggered by amyloid-ß oligomers (Aßo) and propagated by Tau. Thus, Fyn inhibition may prevent or delay disease progression. Here, we sought to repurpose the Src family kinase inhibitor oncology compound, AZD0530, for AD.

ABSTRACT Genetic variants in TRIO are associated with neurodevelopmental disorders (NDDs) including schizophrenia (SCZ), autism spectrum disorder (ASD) and intellectual disability. TRIO uses its two guanine nucleotide exchange factor (GEF) domains to activate GTPases (GEF1: Rac1 and RhoG; GEF2: RhoA) that control neuronal development and connectivity. It remains unclear how discrete TRIO variants differentially impact these neurodevelopmental events. Here, we investigate how heterozygosity for NDD-associated Trio variants – +/K1431M (ASD), +/K1918X (SCZ), and +/M2145T (bipolar disorder, BPD) – impact mouse behavior, brain development, and synapse structure and function. Heterozygosity for different Trio variants impacts motor, social, and cognitive behaviors in distinct ways that align with clinical phenotypes in humans. Trio variants differentially impact head and brain size with corresponding changes in dendritic arbors of motor cortex layer 5 pyramidal neurons (M1 L5 PNs). Although neuronal structure was only modestly altered in the Trio variant heterozygotes, we observe significant changes in synaptic function and plasticity. We also identified distinct changes in glutamate synaptic release in +/K1431M and +/M2145T cortico-cortical synapses. The TRIO K1431M GEF1 domain has impaired ability to promote GTP exchange on Rac1, but +/K1431M mice exhibit increased Rac1 activity, associated with increased levels of the Rac1 GEF Tiam1. Acute Rac1 inhibition with NSC23766 rescued glutamate release deficits in +/K1431M variant cortex. Our work reveals that discrete NDD-associated Trio variants yield overlapping but distinct phenotypes in mice, demonstrates an essential role for Trio in presynaptic glutamate release, and underscores the importance of studying the impact of variant heterozygosity in vivo.