Neurofilament light chain (NfL) is a promising fluid biomarker of disease progression for various cerebral proteopathies. Here we leverage the unique characteristics of the Dominantly Inherited Alzheimer Network and ultrasensitive immunoassay technology to demonstrate that NfL levels in the cerebrospinal fluid (n = 187) and serum (n = 405) are correlated with one another and are elevated at the presymptomatic stages of familial Alzheimer's disease. Longitudinal, within-person analysis of serum NfL dynamics (n = 196) confirmed this elevation and further revealed that the rate of change of serum NfL could discriminate mutation carriers from non-mutation carriers almost a decade earlier than cross-sectional absolute NfL levels (that is, 16.2 versus 6.8 years before the estimated symptom onset). Serum NfL rate of change peaked in participants converting from the presymptomatic to the symptomatic stage and was associated with cortical thinning assessed by magnetic resonance imaging, but less so with amyloid-β deposition or glucose metabolism (assessed by positron emission tomography). Serum NfL was predictive for both the rate of cortical thinning and cognitive changes assessed by the Mini-Mental State Examination and Logical Memory test. Thus, NfL dynamics in serum predict disease progression and brain neurodegeneration at the early presymptomatic stages of familial Alzheimer's disease, which supports its potential utility as a clinically useful biomarker.

While factor analyses have characterized pace, rhythm and variability as factors that explain variance in gait performance in older adults, comprehensive analyses incorporating many gait parameters have not been undertaken and normative data for many of those parameters are lacking. The purposes of this study were to conduct a factor analysis on nearly two dozen spatiotemporal gait parameters and to contribute to the normative database of gait parameters from healthy, able-bodied men and women over the age of 70. Data were extracted from 294 participants enrolled in the Mayo Clinic Study of Aging. Spatiotemporal gait data were obtained as participants completed two walks across a 5.6-m electronic walkway (GAITRite®). Five primary domains of spatiotemporal gait performance were identified: a “rhythm” domain was characterized by cadence and temporal parameters such as stride time; a “phase” domain was characterized by temporophasic parameters that constitute distinct divisions of the gait cycle; a “variability” domain encompassed gait cycle and step variability parameters; a “pace” domain was characterized by parameters that included gait speed, step length and stride length; and a “base of support” domain was characterized by step width and step width variability. Several domains differed between men and women and differed across age groups. Reference values of 23 gait parameters are presented which researchers or clinicians can use for assessing and interpreting gait dysfunction in aging persons.

BackgroundModels of Alzheimer's disease propose a sequence of amyloid β (Aβ) accumulation, hypometabolism, and structural decline that precedes the onset of clinical dementia. These pathological features evolve both temporally and spatially in the brain. In this study, we aimed to characterise where in the brain and when in the course of the disease neuroimaging biomarkers become abnormal.MethodsBetween Jan 1, 2009, and Dec 31, 2015, we analysed data from mutation non-carriers, asymptomatic carriers, and symptomatic carriers from families carrying gene mutations in presenilin 1 (PSEN1), presenilin 2 (PSEN2), or amyloid precursor protein (APP) enrolled in the Dominantly Inherited Alzheimer's Network. We analysed 11C-Pittsburgh Compound B (11C-PiB) PET, 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) PET, and structural MRI data using regions of interest to assess change throughout the brain. We estimated rates of biomarker change as a function of estimated years to symptom onset at baseline using linear mixed-effects models and determined the earliest point at which biomarker trajectories differed between mutation carriers and non-carriers. This study is registered at ClinicalTrials.gov (number NCT00869817)Findings11C-PiB PET was available for 346 individuals (162 with longitudinal imaging), 18F-FDG PET was available for 352 individuals (175 with longitudinal imaging), and MRI data were available for 377 individuals (201 with longitudinal imaging). We found a sequence to pathological changes, with rates of Aβ deposition in mutation carriers being significantly different from those in non-carriers first (across regions that showed a significant difference, at a mean of 18·9 years [SD 3·3] before expected onset), followed by hypometabolism (14·1 years [5·1] before expected onset), and lastly structural decline (4·7 years [4·2] before expected onset). This biomarker ordering was preserved in most, but not all, regions. The temporal emergence within a biomarker varied across the brain, with the precuneus being the first cortical region for each method to show divergence between groups (22·2 years before expected onset for Aβ accumulation, 18·8 years before expected onset for hypometabolism, and 13·0 years before expected onset for cortical thinning).InterpretationMutation carriers had elevations in Aβ deposition, reduced glucose metabolism, and cortical thinning compared with non-carriers which preceded the expected onset of dementia. Accrual of these pathologies varied throughout the brain, suggesting differential regional and temporal vulnerabilities to Aβ, metabolic decline, and structural atrophy, which should be taken into account when using biomarkers in a clinical setting as well as designing and evaluating clinical trials.FundingUS National Institutes of Health, the German Center for Neurodegenerative Diseases, and the Medical Research Council Dementias Platform UK.

Objective White matter hyperintensities (WMHs) are areas of increased signal on T2‐weighted magnetic resonance imaging (MRI) scans that most commonly reflect small vessel cerebrovascular disease. Increased WMH volume is associated with risk and progression of Alzheimer's disease (AD). These observations are typically interpreted as evidence that vascular abnormalities play an additive, independent role contributing to symptom presentation, but not core features of AD. We examined the severity and distribution of WMH in presymptomatic PSEN1 , PSEN2 , and APP mutation carriers to determine the extent to which WMH manifest in individuals genetically determined to develop AD. Methods The study comprised participants (n = 299; age = 39.03 ± 10.13) from the Dominantly Inherited Alzheimer Network, including 184 (61.5%) with a mutation that results in AD and 115 (38.5%) first‐degree relatives who were noncarrier controls. We calculated the estimated years from expected symptom onset (EYO) by subtracting the affected parent's symptom onset age from the participant's age. Baseline MRI data were analyzed for total and regional WMH. Mixed‐effects piece‐wise linear regression was used to examine WMH differences between carriers and noncarriers with respect to EYO. Results Mutation carriers had greater total WMH volumes, which appeared to increase approximately 6 years before expected symptom onset. Effects were most prominent for the parietal and occipital lobe, which showed divergent effects as early as 22 years before estimated onset. Interpretation Autosomal‐dominant AD is associated with increased WMH well before expected symptom onset. The findings suggest the possibility that WMHs are a core feature of AD, a potential therapeutic target, and a factor that should be integrated into pathogenic models of the disease. Ann Neurol 2016;79:929–939

Development of tau-based therapies for Alzheimer’s disease requires an understanding of the timing of disease-related changes in tau. We quantified the phosphorylation state at multiple sites of the tau protein in cerebrospinal fluid markers across four decades of disease progression in dominantly inherited Alzheimer’s disease. We identified a pattern of tau staging where site-specific phosphorylation changes occur at different periods of disease progression and follow distinct trajectories over time. These tau phosphorylation state changes are uniquely associated with structural, metabolic, neurodegenerative and clinical markers of disease, and some (p-tau217 and p-tau181) begin with the initial increases in aggregate amyloid-β as early as two decades before the development of aggregated tau pathology. Others (p-tau205 and t-tau) increase with atrophy and hypometabolism closer to symptom onset. These findings provide insights into the pathways linking tau, amyloid-β and neurodegeneration, and may facilitate clinical trials of tau-based treatments. Site-specific hyperphosphorylations of tau in the cerebrospinal fluid change with disease course, and correlate with pathology and cognitive decline in dominantly inherited Alzheimer’s disease.

Significance Beta-amyloid plaque accumulation, glucose hypometabolism, and neuronal atrophy are hallmarks of Alzheimer’s disease. However, the regional ordering of these biomarkers prior to dementia remains untested. In a cohort with Alzheimer’s disease mutations, we performed an integrated whole-brain analysis of three major imaging techniques: amyloid PET, [ 18 F]fluro-deoxyglucose PET, and structural MRI. We found that most gray-matter structures with amyloid plaques later have hypometabolism followed by atrophy. Critically, however, not all regions lose metabolic function, and not all regions atrophy, even when there is significant amyloid deposition. These regional disparities have important implications for clinical trials of disease-modifying therapies.

Objective:

 To investigate age-related default mode network (DMN) connectivity in a large cognitively normal elderly cohort and in patients with Alzheimer disease (AD) compared with age-, gender-, and education-matched controls. 

Methods:

 We analyzed task-free–fMRI data with both independent component analysis and seed-based analysis to identify anterior and posterior DMNs. We investigated age-related changes in connectivity in a sample of 341 cognitively normal subjects. We then compared 28 patients with AD with 56 cognitively normal noncarriers of the APOE ϵ4 allele matched for age, education, and gender. 

Results:

 The anterior DMN shows age-associated increases and decreases in fontal lobe connectivity, whereas the posterior DMN shows mainly age-associated declines in connectivity throughout. Relative to matched cognitively normal controls, subjects with AD display an accelerated pattern of the age-associated changes described above, except that the declines in frontal lobe connectivity did not reach statistical significance. These changes survive atrophy correction and are correlated with cognitive performance. 

Conclusions:

 The results of this study indicate that the DMN abnormalities observed in patients with AD represent an accelerated aging pattern of connectivity compared with matched controls.

Abstract Introduction The Dominantly Inherited Alzheimer Network Trials Unit (DIAN‐TU) trial is an adaptive platform trial testing multiple drugs to slow or prevent the progression of Alzheimer's disease in autosomal dominant Alzheimer's disease (ADAD) families. With completion of enrollment of the first two drug arms, the DIAN‐TU now plans to add new drugs to the platform, designated as the Next Generation (NexGen) prevention trial. Methods In collaboration with ADAD families, philanthropic organizations, academic leaders, the DIAN‐TU Pharma Consortium, the National Institutes of Health, and regulatory colleagues, the DIAN‐TU developed innovative clinical study designs for the DIAN‐TU NexGen prevention trial. Results Our expanded trial toolbox consists of a disease progression model for ADAD, primary end point DIAN‐TU cognitive performance composite, biomarker development, self‐administered cognitive assessments, adaptive dose adjustments, and blinded data collection through the last participant completion. Conclusion These steps represent elements to improve efficacy of the adaptive platform trial and a continued effort to optimize prevention and treatment trials in ADAD.

Objective

 To assess the onset, sequence, and rate of progression of comprehensive biomarker and clinical measures across the spectrum of Alzheimer disease (AD) using the Dominantly Inherited Alzheimer Network (DIAN) study and compare these to cross-sectional estimates. 

Methods

 We conducted longitudinal clinical, cognitive, CSF, and neuroimaging assessments (mean of 2.7 [±1.1] visits) in 217 DIAN participants. Linear mixed effects models were used to assess changes in each measure relative to individuals9 estimated years to symptom onset and to compare mutation carriers and noncarriers. 

Results

 Longitudinal β-amyloid measures changed first (starting 25 years before estimated symptom onset), followed by declines in measures of cortical metabolism (approximately 7–10 years later), then cognition and hippocampal atrophy (approximately 20 years later). There were significant differences in the estimates of CSF p-tau₁₈₁ and tau, with elevations from cross-sectional estimates preceding longitudinal estimates by over 10 years; further, longitudinal estimates identified a significant decline in CSF p-tau₁₈₁ near symptom onset as opposed to continued elevations. 

Conclusion

 These longitudinal estimates clarify the sequence and temporal dynamics of presymptomatic pathologic changes in autosomal dominant AD, information critical to a better understanding of the disease. The pattern of biomarker changes identified here also suggests that once β-amyloidosis begins, additional pathologies may begin to develop less than 10 years later, but more than 15 years before symptom onset, an important consideration for interventions meant to alter the disease course.