Abstract Objective To evaluate the causal association of 22 previously reported risk factors for Alzheimer’s disease (AD) on the “AD phenome”: AD, AD age of onset (AAOS), hippocampal volume, cortical surface area and thickness, cerebrospinal fluid (CSF) levels of Aβ 42 , tau, and ptau 181 , and the neuropathological burden of neuritic plaques, neurofibrillary tangles, and vascular brain injury (VBI). Methods Polygenic risk scores (PRS) for the 22 risk factors were computed in 26,431 AD cases/controls and the association with AD was evaluated using logistic regression. Two-sample Mendelian randomization was used to evaluate the causal effect of risk factors on the AD phenome. Results PRS for increased education and diastolic blood pressure were associated with reduced risk for AD. PRS for increased total cholesterol and moderate-vigorous physical activity were associated with an increased risk of AD. MR indicated that only Education was causally associated with reduced risk of AD, delayed AAOS, and increased cortical surface area and thickness. Total-and LDL-cholesterol levels were causally associated with increased neuritic plaque burden, while diastolic blood pressure and pulse pressure are causally associated with increased risk of VBI. Furthermore, total cholesterol was associated with decreased hippocampal volume; smoking initiation and BMI with decreased cortical thickness; and sleep duration with increased cortical thickness. Interpretation Our comprehensive examination of the genetic evidence for the causal roles of previously reported risk factors in AD using PRS and MR, supports a causal role for education, blood pressure, cholesterol levels, smoking, and BMI with the AD phenome.

Abstract Background Variation in mitochondrial DNA (mtDNA) identified by genotyping microarrays or by sequencing only hypervariable regions of the genome may be insufficient to reliably assign mitochondrial genomes to phylogenetic lineages or haplogroups. This lack of resolution can limit functional and clinical interpretation of a substantial body of existing mtDNA data. To address this limitation, we developed and evaluated a method for imputing missing mtDNA single nucleotide variants (mtSNVs) that uses a large reference alignment of complete mtDNA sequences. The method and reference alignment are combined into a pipeline, which we call MitoImpute. Results We aligned the sequences of 36,960 complete human mitochondrial genomes downloaded from GenBank, filtered and controlled for quality. These sequences were reformatted for use in imputation software, IMPUTE2. We assessed the imputation accuracy of MitoImpute by measuring haplogroup and genotype concordance in data from the 1,000 Genomes Project and the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). The mean improvement of haplogroup assignment in the 1,000 Genomes samples was 42.7% (Matthew’s correlation coefficient = 0.64). In the ADNI cohort, we imputed missing single nucleotide variants. Conclusions These results show that our reference alignment and panel can be used to impute missing mtSNVs in exiting data obtained from using microarrays, thereby broadening the scope of functional and clinical investigation of mtDNA. This improvement may be particularly useful in studies where participants have been recruited over time and mtDNA data obtained using different methods, enabling better integration of early data collected using less accurate methods with more recent sequence data.

We examined the associations between mitochondrial DNA haplogroups (MT-hg) and their interactions with a polygenic risk score based on nuclear-encoded mitochondrial genes (nMT-PRS) with risk of dementia and age of onset of dementia (AOO). Logistic regression was used to determine the effect of MT-hgs and nMT-PRS on dementia at baseline (332 controls / 204 cases). Cox proportional hazards models were used to model dementia AOO (n=1047; 433 incident cases). Additionally, we tested for interactions between MT-hg and nMT-PRS in the logistic and Cox models. MT-hg K and a one SD larger nMT-PRS were associated with elevated odds of dementia. Significant antagonistic interactions between the nMT-PRS and MT-hg K and T were observed. Individual MT-hg were not associated with AOO; however, a significant antagonistic interaction was observed between the nMT-PRS and MT-hg T and a synergistic interaction between the nMT-PRS and MT-hg V. These results suggest that MT-hgs influence dementia risk, and that variants in the nuclear and mitochondrial genome interact to influence the age of onset of dementia.

Abstract Primary age-related tauopathy (PART) is a neurodegenerative tauopathy with features distinct from but also overlapping with Alzheimer disease (AD). While both exhibit Alzheimer-type temporal lobe neurofibrillary degeneration alongside amnestic cognitive impairment, PART develops independently of amyloid-β (Aβ) deposition in plaques. The pathogenesis of PART is unknown, but evidence suggests it is associated with genes that promote tau pathology as well as others that protect from Aβ toxicity. Here, we performed a genetic association study in an autopsy cohort of individuals with PART ( n =647) using Braak neurofibrillary tangle stage as a quantitative trait adjusting for sex, age, genotyping platform, and principal components. We found significant associations with some candidate loci associated with AD and progressive supranuclear palsy, a primary tauopathy ( SLC24A4, MS4A6A, HS3ST1, MAPT and EIF2AK3 ). Genome-wide association analysis revealed a novel significant association with a single nucleotide polymorphism on chromosome 4 (rs56405341) in a locus containing three genes, including JADE1 which was significantly upregulated in tangle-bearing neurons by single-soma RNA-seq. Immunohistochemical studies using antisera targeting JADE1 protein revealed localization within tau aggregates in autopsy brain from tauopathies containing isoforms with four microtubule-binding domain repeats (4R) and mixed 3R/4R, but not with 3R exclusively. Co-immunoprecipitation revealed a direct and specific binding of JADE1 protein to tau containing four (4R) and no N-terminal inserts (0N4R) in post-mortem human PART brain tissue. Finally, knockdown of the Drosophila JADE1 homolog rhinoceros (rno) enhanced tau-induced toxicity and apoptosis in vivo in a humanized 0N4R mutant tau knock-in model as quantified by rough eye phenotype and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) in the fly brain. Together, these findings indicate that PART has a genetic architecture that partially overlaps with AD and other tauopathies and suggests a novel role for JADE1 as a mediator of neurofibrillary degeneration.