Subcortical brain structures are integral to motion, consciousness, emotions, and learning. We identified common genetic variation related to the volumes of nucleus accumbens, amygdala, brainstem, caudate nucleus, globus pallidus, putamen, and thalamus, using genome-wide association analyses in over 40,000 individuals from CHARGE, ENIGMA and the UK-Biobank. We show that variability in subcortical volumes is heritable, and identify 25 significantly associated loci (20 novel). Annotation of these loci utilizing gene expression, methylation, and neuropathological data identified 62 candidate genes implicated in neurodevelopment, synaptic signaling, axonal transport, apoptosis, and susceptibility to neurological disorders. This set of genes is significantly enriched for Drosophila orthologs associated with neurodevelopmental phenotypes, suggesting evolutionarily conserved mechanisms. Our findings uncover novel biology and potential drug targets underlying brain development and disease.

Genetic analysis of late-onset Alzheimer's disease risk has previously identified a network of largely microglial genes that form a transcriptional network. In transgenic mouse models of amyloid deposition we have previously shown that the expression of many of the mouse orthologs of these genes are co-ordinately up-regulated by amyloid deposition. Here we investigate whether systematic analysis of other members of this mouse amyloid-responsive network predicts other Alzheimer's risk loci. This statistical comparison of the mouse amyloid-response network with Alzheimer's disease genome-wide association studies identifies 5 other genetic risk loci for the disease (OAS1, CXCL10, LAPTM5, ITGAM and LILRB4). This work suggests that genetic variability in the microglial response to amyloid deposition is a major determinant for Alzheimer's risk.