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.

ABSTRACT Contrary to the common belief, the most commonly used laboratory mouse inbred strains are shaped by a distinctive genetic and phenotypic diversity. In the past 10 years next generation sequencing unveiled a wide spectrum of genetic variants in different mouse inbred strains and the meticulous observation of researchers pointed to a variegate intra-and inter-strain phenotypic diversity. Although a genotype-phenotype correlation has been described for some traits, the relationship between several endophenotypes and causative genetic variability remains still unknown. Recently, we characterized the brain collateral plasticity in two brain ischemia C57BL/6J mouse models (i.e bilateral common carotid artery stenosis [BCCAS] and 60-min transient unilateral middle cerebral artery occlusion [MCAO]) and observed a Mendelian-like fashion of inheritance of the posterior communicating artery (PcomA) plasticity. Interestingly, a copy number variant (CNV) spanning Ide locus was reported to segregate in an analogous Mendelian-like pattern in the C57BL/6J colonies of the Jackson Laboratory. Given the critical role of Ide in vascular plasticity, Ide CNV was an excellent candidate to explain PcomA variability in C57BL/6J inbred mice. To investigate this hypothesis, we applied a combination of complementary techniques (i.e T2-weighted magnetic resonance imaging [MRI], time of flight [TOF] angiography [MRA], cerebral blood flow [CBF] imaging and histology) to characterize the collaterome in C57BL/6J BCCAS and MCAO mice and performed on these Taqman genotyping, exome sequencing, and RNA sequencing. We report an Ide CNV in a BCCAS mouse with 2 patent PcomAs. We then investigated the hypothesis that IDE gain and loss of function mutations may have influenced the vascular phenotype in a cohort of 438,250 cases and controls (UK Biobank) and 15,790 neurological patients (Genomics England), respectively. We identified four IDE CNVs resulting in a loss of function (LoF) in one patient with hereditary ataxia, a patient with hereditary congenital heart disease and two healthy individuals. In addition, we report four IDE LoF point mutations (p.Leu5X, p.Met394ValfsX29, p.Pro14SerfsX26, p.Leu889X) present in controls or inherited from healthy parents. Ide CNV and LoF variants do not crucially influence PcomA variability in C57BL/6J inbred mice and do not cause a vascular phenotype in humans.

Over the last few years, as more and more sequencing studies have been performed, it has become apparent that the identification of pathogenic mutations is, more often than not, a complex issue. Here, with a focus on neurodegenerative diseases, we have performed a survey of coding genetic variability that is unlikely to be pathogenic. We have performed whole-exome sequencing in 478 samples derived from several brain banks in the United Kingdom and the United States of America. Samples were included when subjects were, at death, over 60 years of age, had no signs of neurological disease and were subjected to a neuropathological examination, which revealed no evidence of neurodegeneration. This information will be valuable to studies of genetic variability as a causal factor for neurodegenerative syndromes. We envisage it will be particularly relevant for diagnostic laboratories as a filter step to the results being produced by either genome-wide or gene-panel sequencing. We have made this data publicly available at www.alzforum.org/exomes/hex.

Abstract Connectome analysis of neuroimaging data is a rapidly expanding field to identify disease specific biomarkers. Structural diffusion MRI connectivity has been useful in individuals with radiological features of small vessel disease, such as white matter hyperintensities. Global efficiency, a network metric calculated from the structural connectome, is an excellent predictor of cognitive decline. To dissect the biological underpinning of these changes, animal models are required. We tested whether the structural connectome is altered in a mouse model of vascular cognitive impairment. White matter damage was more pronounced by 6 compared to 3 months. Global efficiency remained intact, but the visual association cortex exhibited increased structural connectivity with other brain regions. Exploratory resting state functional MRI connectivity analysis revealed diminished default mode network activity in the model compared to shams. Further perturbations were observed in a primarily cortical hub and the retrosplenial and visual cortices, and the hippocampus were the most affected nodes. Behavioural deficits were observed in the cued water maze, supporting the suggestion that the visual and spatial memory networks are affected. We demonstrate specific circuitry is rendered vulnerable to vascular stress in the mouse, and the model will be useful to examine pathophysiological mechanisms of small vessel disease. Graphical abstract