Abstract A Saskatchewan multi-incident family was clinically characterized with Parkinson disease (PD) and Lewy body pathology. PD segregates as an autosomal-dominant trait, which could not be ascribed to any known mutation. DNA from three affected members was subjected to exome sequencing. Genome alignment, variant annotation and comparative analyses were used to identify shared coding mutations. Sanger sequencing was performed within the extended family and ethnically matched controls. Subsequent genotyping was performed in a multi-ethnic case–control series consisting of 2928 patients and 2676 control subjects from Canada, Norway, Taiwan, Tunisia, and the USA. A novel mutation in receptor-mediated endocytosis 8/RME-8 (DNAJC13 p.Asn855Ser) was found to segregate with disease. Screening of cases and controls identified four additional patients with the mutation, of which two had familial parkinsonism. All carriers shared an ancestral DNAJC13 p.Asn855Ser haplotype and claimed Dutch–German–Russian Mennonite heritage. DNAJC13 regulates the dynamics of clathrin coats on early endosomes. Cellular analysis shows that the mutation confers a toxic gain-of-function and impairs endosomal transport. DNAJC13 immunoreactivity was also noted within Lewy body inclusions. In late-onset disease which is most reminiscent of idiopathic PD subtle deficits in endosomal receptor-sorting/recycling are highlighted by the discovery of pathogenic mutations VPS35, LRRK2 and now DNAJC13. With this latest discovery, and from a neuronal perspective, a temporal and functional ecology is emerging that connects synaptic exo- and endocytosis, vesicular trafficking, endosomal recycling and the endo-lysosomal degradative pathway. Molecular deficits in these processes are genetically linked to the phenotypic spectrum of parkinsonism associated with Lewy body pathology.

The genetic basis of Lewy body dementia (LBD) is not well understood. Here, we performed whole-genome sequencing in large cohorts of LBD cases and neurologically healthy controls to study the genetic architecture of this understudied form of dementia, and to generate a resource for the scientific community. Genome-wide association analysis identified five independent risk loci, whereas genome-wide gene-aggregation tests implicated mutations in the gene GBA. Genetic risk scores demonstrate that LBD shares risk profiles and pathways with Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease, providing a deeper molecular understanding of the complex genetic architecture of this age-related neurodegenerative condition. Whole-genome sequence analysis identifies five independent risk loci for Lewy body dementia and demonstrates overlapping genetic architecture with Alzheimer’s and Parkinson’s diseases.

Variants of UNC13A, a critical gene for synapse function, increase the risk of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia

Abstract The genetic basis of Lewy body dementia (LBD) is not well understood. Here, we performed whole-genome sequencing in large cohorts of LBD cases and neurologically healthy controls to study the genetic architecture of this understudied form of dementia and to generate a resource for the scientific community. Genome-wide association analysis identified five independent risk loci, whereas genome-wide gene-aggregation tests implicated mutations in the gene GBA . Genetic risk scores demonstrate that LBD shares risk profiles and pathways with Alzheimer’s and Parkinson’s disease, providing a deeper molecular understanding of the complex genetic architecture of this age-related neurodegenerative condition.

ABSTRACT The human genome contains numerous duplicated regions, such as parent-pseudogene pairs, causing sequencing reads to align equally well to either gene. The extent to which this ambiguity complicates transcriptomic analyses is currently unknown. This is concerning as many parent genes have been linked to disease, including GBA1, causally linked to both Parkinson’s and Gaucher disease. We find that most of the short sequencing reads that map to GBA1 , also map to its pseudogene, GBAP1 . Using long-read RNA-sequencing in human brain, where all reads mapped uniquely, we demonstrate significant differences in expression compared to short-read data. We identify novel transcripts from both GBA1 and GBAP1 , including protein-coding transcripts that are translated in vitro and detected in proteomic data, but that lack GCase activity. By combining long-read with single-nuclear RNA-sequencing to analyse brain-relevant cell types we demonstrate that transcript expression varies by brain region with cell-type-selectivity. Taken together, these results suggest a non-lysosomal function for both GBA1 and GBAP1 in brain. Finally, we demonstrate that inaccuracies in annotation are widespread among parent genes, with implications for many human diseases.

Objective: The aim of this study was to search for genes/variants that modify the effect of LRRK2 mutations in terms of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease. Methods: We performed the first genome-wide association study of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease in LRRK2 mutation carriers (776 cases and 1,103 non-cases at their last evaluation). Cox proportional hazard models and linear mixed models were used to identify modifiers of penetrance and age-at-onset of LRRK2 mutations, respectively. We also investigated whether a polygenic risk score derived from a published genome-wide association study of Parkinson's disease was able to explain variability in penetrance and age-at-onset in LRRK2 mutation carriers. Results: A variant located in the intronic region of CORO1C on chromosome 12 (rs77395454; P-value=2.5E-08, beta=1.27, SE=0.23, risk allele: C) met genome-wide significance for the penetrance model. A region on chromosome 3, within a previously reported linkage peak for Parkinson's disease susceptibility, showed suggestive associations in both models (penetrance top variant: P-value=1.1E-07; age-at-onset top variant: P-value=9.3E-07). A polygenic risk score derived from publicly available Parkinson's disease summary statistics was a significant predictor of penetrance, but not of age-at-onset. Interpretation: This study suggests that variants within or near CORO1C may modify the penetrance of LRRK2 mutations. In addition, common Parkinson's disease associated variants collectively increase the penetrance of LRRK2 mutations.

Abstract Although next-generation sequencing technologies have accelerated the discovery of novel gene-to-disease associations, many patients with suspected Mendelian diseases still leave the clinic without a genetic diagnosis. An estimated one third of these patients will have disorders caused by mutations impacting splicing. RNA-sequencing has been shown to be a promising diagnostic tool, however few methods have been developed to integrate RNA-sequencing data into the diagnostic pipeline. Here, we introduce dasper , an R/Bioconductor package that improves upon existing tools for detecting aberrant splicing by using machine learning to incorporate disruptions in exon-exon junction counts as well as coverage. dasper is designed for diagnostics, providing a rank-based report of how aberrant each splicing event looks, as well as including visualization functionality to facilitate interpretation. We validate dasper using 16 patient-derived fibroblast cell lines harbouring pathogenic variants known to impact splicing. We find that dasper is able to detect pathogenic splicing events with greater accuracy than existing LeafCutterMD or z-score approaches. Furthermore, by only applying a broad OMIM gene filter (without any variant-level filters), dasper is able to detect pathogenic splicing events within the top 10 most aberrant identified for each patient. Since using publicly available control data minimises costs associated with incorporating RNA-sequencing into diagnostic pipelines, we also investigate the use of 504 GTEx fibroblast samples as controls. We find that dasper leverages publicly available data effectively, ranking pathogenic splicing events in the top 25. Thus, we believe dasper can increase diagnostic yield for a pathogenic splicing variants and enable the efficient implementation of RNA-sequencing for diagnostics in clinical laboratories.

Abstract Motivation The advent of long-read sequencing technologies has increased demand for the visualisation and interpretation of transcripts. However, tools that perform such visualizations remain inflexible and lack the ability to easily identify differences between transcript structures. Here, we introduce ggtranscript , an R package that provides a fast and flexible method to visualize and compare transcripts. As a ggplot2 extension, ggtranscript inherits the functionality and familiarity of ggplot2 making it easy to use. Availability and implementation ggtranscript is available at https://github.com/dzhang32/ggtranscript , DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.6374061

Mutations in GBA1 cause Gaucher disease and are the most important genetic risk factor for Parkinson’s disease. However, analysis of transcription at this locus is complicated by its highly homologous pseudogene, GBAP1 . We show that >50% of short RNA-sequencing reads mapping to GBA1 also map to GBAP1 . Thus, we used long-read RNA sequencing in the human brain, which allowed us to accurately quantify expression from both GBA1 and GBAP1 . We discovered significant differences in expression compared to short-read data and identify currently unannotated transcripts of both GBA1 and GBAP1 . These included protein-coding transcripts from both genes that were translated in human brain, but without the known lysosomal function—yet accounting for almost a third of transcription. Analyzing brain-specific cell types using long-read and single-nucleus RNA sequencing revealed region-specific variations in transcript expression. Overall, these findings suggest nonlysosomal roles for GBA1 and GBAP1 with implications for our understanding of the role of GBA1 in health and disease.

Abstract Alternative splicing impacts most multi-exonic human genes. Inaccuracies during this process may have an important role in ageing and disease. Here, we investigated mis-splicing using RNA-sequencing data from ~14K control samples and 42 human body sites, focusing on split reads partially mapping to known transcripts in annotation. We show that mis-splicing occurs at different rates across introns and tissues and that these splicing inaccuracies are primarily affected by the abundance of core components of the spliceosome assembly and its regulators. Using publicly available data on short-hairpin RNA-knockdowns of numerous spliceosomal components and related regulators, we found support for the importance of RNA-binding proteins in mis-splicing. We also demonstrated that age is positively correlated with mis-splicing, and it affects genes implicated in neurodegenerative diseases. This in-depth characterisation of mis-splicing can have important implications for our understanding of the role of splicing inaccuracies in human disease and the interpretation of long-read RNA-sequencing data.