Genetic discoveries of Alzheimer's disease are the drivers of our understanding, and together with polygenetic risk stratification can contribute towards planning of feasible and efficient preventive and curative clinical trials. We first perform a large genetic association study by merging all available case-control datasets and by-proxy study results (discovery n = 409,435 and validation size n = 58,190). Here, we add six variants associated with Alzheimer's disease risk (near APP, CHRNE, PRKD3/NDUFAF7, PLCG2 and two exonic variants in the SHARPIN gene). Assessment of the polygenic risk score and stratifying by APOE reveal a 4 to 5.5 years difference in median age at onset of Alzheimer's disease patients in APOE ɛ4 carriers. Because of this study, the underlying mechanisms of APP can be studied to refine the amyloid cascade and the polygenic risk score provides a tool to select individuals at high risk of Alzheimer's disease.

ABSTRACT BACKGROUND Disentangling the genetic constellation underlying Alzheimer’s disease (AD) is important. Doing so allows us to identify biological pathways underlying AD, point towards novel drug targets and use the variants for individualised risk predictions in disease modifying or prevention trials. In the present work we report on the largest genome-wide association study (GWAS) for AD risk to date and show the combined utility of proven AD loci for precision medicine using polygenic risk scores (PRS). METHODS Three sets of summary statistics were included in our meta-GWAS of AD: an Spanish case-control study (GR@ACE/DEGESCO study, n = 12,386), the case-control study of International Genomics of Alzheimer project (IGAP, n = 82,771) and the UK Biobank (UKB) AD-by-proxy case-control study (n=314,278). Using these resources, we performed a fixed-effects inverse-variance-weighted meta-analysis. Detected loci were confirmed in a replication study of 19,089 AD cases and 39,101 controls from 16 European-ancestry cohorts not previously used. We constructed a weighted PRS based on the 39 AD variants. PRS were generated by multiplying the genotype dosage of each risk allele for each variant by its respective weight, and then summing across all variants. We first validated it for AD in independent data (assessing effects of sub-threshold signal, diagnostic certainty, age at onset and sex) and tested its effect on risk (odds for disease) and age at onset in the GR@ACE/DEGESCO study. FINDINGS Using our meta-GWAS approach and follow-up analysis, we identified novel genome-wide significant associations of six genetic variants with AD risk (rs72835061 -CHRNE , rs2154481 -APP , rs876461 -PRKD3/NDUFAF7 , rs3935877 -PLCG2 and two missense variants: rs34173062/rs34674752 in SHARPIN gene) and confirmed a stop codon mutation in the IL34 gene increasing the risk of AD ( IL34-Tyr213Ter ), and two other variants in PLCG2 and HS3ST1 regions. This brings the total number of genetic variants associated with AD to 39 (excluding APOE ). The PRS based on these variants was associated with AD in an independent clinical AD-case control dataset (OR=1.30, per 1-SD increase in the PRS, 95%CI 1.18-1.44, p = 1.1×10 −7 ), a similar effect to that in the GR@ACE/DEGESCO (OR=1.27, 95%CI 1.23-1.32, p = 7.4×10 −39 ). We then explored the combined effects of these 39 variants in a PRS for AD risk and age-at-onset stratification in GR@ACE/DEGESCO. Excluding APOE , we observed a gradual risk increase over the 2% tiles; when comparing the extremes, those with the 2% highest risk had a 2.98-fold (95% CI 2.12–4.18, p = 3.2×10 −10 ) increased risk compared to those with the 2% lowest risk ( p = 5.9×10 −10 ). Using the PRS we identified APOE ε33 carriers with a similar risk as APOE ε 4 heterozygotes carriers, as well as APOE ε4 heterozygote carriers with a similar risk as APOE ε 4 homozygote. Considering age at onset; there was a 9-year difference between median onset of AD the lowest risk group and the highest risk group (82 vs 73 years; p = 1.6×10 −6 ); a 4-year median onset difference (81 vs 77 years; p = 6.9×10 −5 ) within APOE ε4 heterozygotes and a 5.5-year median onset difference (78.5 vs 73 years; p = 4.6×10 −5 ) within APOE ε4 carriers. INTERPRETATION We identified six novel genetic variants associated with AD-risk, among which one common APP variant. A PRS of all genetic loci reported to date could be a robust tool to predict the risk and age at onset of AD, beyond APOE alone. These properties make PRS instrumental in selecting individuals at risk in order to apply preventative strategies and might have potential use in diagnostic work-up.

Abstract Oculopharyngodistal myopathy (OPDM) is an inherited myopathy manifesting with ptosis, dysphagia and distal weakness. Pathologically it is characterised by rimmed vacuoles and intranuclear inclusions on muscle biopsy. In recent years CGG • CCG repeat expansion in four different genes were identified in OPDM individuals in Asian populations. None of these have been found in affected individuals of non-Asian ancestry. In this study we describe the identification of CCG expansions in ABCD3 , ranging from 118 to 694 repeats, in 35 affected individuals across eight unrelated OPDM families of European ancestry. ABCD3 transcript appears upregulated in fibroblasts and skeletal muscle from OPDM individuals, suggesting a potential role of over-expression of CCG repeat containing ABCD3 transcript in progressive skeletal muscle degeneration. The study provides further evidence of the role of non-coding repeat expansions in unsolved neuromuscular diseases and strengthens the association between the CGG • CCG repeat motif and a specific pattern of muscle weakness.

Summary Human brain structure changes throughout our lives. Altered brain growth or rates of decline are implicated in a vast range of psychiatric, developmental, and neurodegenerative diseases. Here, we identified common genetic variants that affect rates of brain growth or atrophy, in the first genome-wide association meta-analysis of changes in brain morphology across the lifespan. Longitudinal MRI data from 15,640 individuals were used to compute rates of change for 15 brain structures. The most robustly identified genes GPR139, DACH1 and APOE are associated with metabolic processes. We demonstrate global genetic overlap with depression, schizophrenia, cognitive functioning, insomnia, height, body mass index and smoking. Gene-set findings implicate both early brain development and neurodegenerative processes in the rates of brain changes. Identifying variants involved in structural brain changes may help to determine biological pathways underlying optimal and dysfunctional brain development and ageing.

Repeat expansions cause over 30, predominantly neurogenetic, inherited disorders. These can present with overlapping clinical phenotypes, making molecular diagnosis challenging. Single gene or small panel PCR-based methods are employed to identify the precise genetic cause, but can be slow and costly, and often yield no result. Genomic analysis via whole exome and whole genome sequencing (WES and WGS) is being increasingly performed to diagnose genetic disorders. However, until recently analysis protocols could not identify repeat expansions in these datasets. A new method, called exSTRa (expanded Short Tandem Repeat algorithm) for the identification of repeat expansions using either WES or WGS was developed and performance of exSTRa was assessed in a simulation study. In addition, four retrospective cohorts of individuals with eleven different known repeat expansion disorders were analysed with the new method. Results were assessed by comparing to known disease status. Performance was also compared to three other analysis methods (ExpansionHunter, STRetch and TREDPARSE), which were developed specifically for WGS data. Expansions in the STR loci assessed were successfully identified in WES and WGS datasets by all four methods, with high specificity and sensitivity, excepting the FRAXA STR where expansions were unlikely to be detected. Overall exSTRa demonstrated more robust/superior performance for WES data in comparison to the other three methods. exSTRa can be applied to existing WES or WGS data to identify likely repeat expansions and can be used to investigate any STR of interest, by specifying location and repeat motif. We demonstrate that methods such as exSTRa can be effectively utilized as a screening tool to interrogate WES data generated with PCR-based library preparations and WGS data generated using either PCR-based or PCR-free library protocols, for repeat expansions which can then be followed up with specific diagnostic tests. exSTRa is available via GitHub (https://github.com/bahlolab/exSTRa).