The genetic basis of Lewy body dementia (LBD) is not well understood. Here, we performed whole-genome sequencing in large cohorts of LBD cases and neurologically healthy controls to study the genetic architecture of this understudied form of dementia, and to generate a resource for the scientific community. Genome-wide association analysis identified five independent risk loci, whereas genome-wide gene-aggregation tests implicated mutations in the gene GBA. Genetic risk scores demonstrate that LBD shares risk profiles and pathways with Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease, providing a deeper molecular understanding of the complex genetic architecture of this age-related neurodegenerative condition. Whole-genome sequence analysis identifies five independent risk loci for Lewy body dementia and demonstrates overlapping genetic architecture with Alzheimer’s and Parkinson’s diseases.

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.

Large variability among Alzheimer's disease (AD) cases might impact genetic discoveries and complicate dissection of underlying biological pathways.Genome Research at Fundacio ACE (GR@ACE) is a genome-wide study of dementia and its clinical endophenotypes, defined based on AD's clinical certainty and vascular burden. We assessed the impact of known AD loci across endophenotypes to generate loci categories. We incorporated gene coexpression data and conducted pathway analysis per category. Finally, to evaluate the effect of heterogeneity in genetic studies, GR@ACE series were meta-analyzed with additional genome-wide association study data sets.We classified known AD loci into three categories, which might reflect the disease clinical heterogeneity. Vascular processes were only detected as a causal mechanism in probable AD. The meta-analysis strategy revealed the ANKRD31-rs4704171 and NDUFAF6-rs10098778 and confirmed SCIMP-rs7225151 and CD33-rs3865444.The regulation of vasculature is a prominent causal component of probable AD. GR@ACE meta-analysis revealed novel AD genetic signals, strongly driven by the presence of clinical heterogeneity in the AD series.

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 The genetic basis of Lewy body dementia (LBD) is not well understood. Here, we performed whole-genome sequencing in large cohorts of LBD cases and neurologically healthy controls to study the genetic architecture of this understudied form of dementia and to generate a resource for the scientific community. Genome-wide association analysis identified five independent risk loci, whereas genome-wide gene-aggregation tests implicated mutations in the gene GBA . Genetic risk scores demonstrate that LBD shares risk profiles and pathways with Alzheimer’s and Parkinson’s disease, providing a deeper molecular understanding of the complex genetic architecture of this age-related neurodegenerative condition.

Long runs of homozygosity (ROH) are contiguous stretches of homozygous genotypes, which are a footprint of inbreeding and recessive inheritance. The presence of recessive loci is suggested for Alzheimer's disease (AD); however, their search has been poorly assessed to date. To investigate homozygosity in AD, here we performed a fine-scale ROH analysis using 10 independent cohorts of European ancestry (11,919 AD cases and 9181 controls.) We detected an increase of homozygosity in AD cases compared to controls [βAVROH (CI 95%) = 0.070 (0.037-0.104); P = 3.91 × 10-5; βFROH (CI95%) = 0.043 (0.009-0.076); P = 0.013]. ROHs increasing the risk of AD (OR > 1) were significantly overrepresented compared to ROHs increasing protection (p < 2.20 × 10-16). A significant ROH association with AD risk was detected upstream the HS3ST1 locus (chr4:11,189,482‒11,305,456), (β (CI 95%) = 1.09 (0.48 ‒ 1.48), p value = 9.03 × 10-4), previously related to AD. Next, to search for recessive candidate variants in ROHs, we constructed a homozygosity map of inbred AD cases extracted from an outbred population and explored ROH regions in whole-exome sequencing data (N = 1449). We detected a candidate marker, rs117458494, mapped in the SPON1 locus, which has been previously associated with amyloid metabolism. Here, we provide a research framework to look for recessive variants in AD using outbred populations. Our results showed that AD cases have enriched homozygosity, suggesting that recessive effects may explain a proportion of AD heritability.

Emerging studies have suggested several chromosomal regions as potential host genetic factors involved in the susceptibility to SARS-CoV-2 infection and disease outcome. We nested a COVID-19 genome-wide association study using the GR@ACE/DEGESCO study, searching for susceptibility factors associated with COVID-19 disease. To this end, we compared 221 COVID-19 confirmed cases with 17,035 individuals in whom the COVID-19 disease status was unknown. Then, we performed a meta-analysis with the publicly available data from the COVID-19 Host Genetics Initiative. Because the APOE locus has been suggested as a potential modifier of COVID-19 disease, we added sensitivity analyses stratifying by dementia status or by disease severity. We confirmed the existence of the 3p21.31 region (LZTFL1, SLC6A20) implicated in the susceptibility to SARS-CoV-2 infection and TYK2 gene might be involved in COVID-19 severity. Nevertheless, no statistically significant association was observed in the COVID-19 fatal outcome or in the stratified analyses (dementia-only and non-dementia strata) for the APOE locus not supporting its involvement in SARS-CoV-2 pathobiology or COVID-19 prognosis.

ABSTRACT Polygenic inheritance plays a central role in Parkinson disease (PD). A priority in elucidating PD etiology lies in defining the biological basis of genetic risk. Unraveling how risk leads to disruption will yield disease-modifying therapeutic targets that may be effective. Here, we utilized a high-throughput and hypothesis-free approach to determine biological pathways underlying PD using the largest currently available cohorts of genetic data and gene expression data from International Parkinson’s Disease Genetics Consortium (IPDGC) and the Accelerating Medicines Partnership - Parkinson’s disease initiative (AMP-PD), among other sources. We placed these insights into a cellular context. We applied large-scale pathway-specific polygenic risk score (PRS) analyses to assess the role of common variation on PD risk in a cohort of 457,110 individuals by focusing on a compilation of 2,199 publicly annotated gene sets representative of curated pathways, of which we nominate 46 pathways associated with PD risk. We assessed the impact of rare variation on PD risk in an independent cohort of whole-genome sequencing data, including 4,331 individuals. We explored enrichment linked to expression cell specificity patterns using single-cell gene expression data and demonstrated a significant risk pattern for adult dopaminergic neurons, serotonergic neurons, and radial glia. Subsequently, we created a novel way of building de novo pathways by constructing a network expression community map using transcriptomic data derived from the blood of 1,612 PD patients, which revealed 54 connecting networks associated with PD. Our analyses highlight several promising pathways and genes for functional prioritization and provide a cellular context in which such work should be done.

Abstract Microglia play an important role in the maintenance of brain homeostasis, and microglial dysfunction plays a causative role in Alzheimer disease pathogenesis. Here we focus on the signal regulatory protein SIRPβ1, a surface receptor expressed on the myeloid cells that triggers amyloid-β and cell debris phagocytosis via TYROBP. We found that a common intragenic duplication alters the SIRPβ1 protein isoform landscape affecting both extracellular and transmembrane domains, which compromise their ability to bind oligomeric Aβ and their affinity for TYROBP. Epidemiological studies show that patients with mild cognitive impairment that are homozygous for the SIRPβ1 duplication allele show an increased cerebrospinal fluid t-Tau/Aβ ratio (p-value=0.018) and a higher risk to develop AD (OR=1.678, p-value=0.018). Magnetic resonance imaging at diagnosis showed that AD patients with the duplication allele exhibited a worse initial response to the disease. At the moment of diagnosis all patients showed equivalent Mini-Mental State Examination scores. However AD patients with the duplication allele had less hippocampal degeneration (Beta= -0.62, p-value < 0.001) and fewer white matter hyperintensities. In contrast, longitudinal studies indicate that patients bearing the duplication allele show a slower cognitive decline after correcting by baseline (p-value = 0.013). Transcriptional analysis of the patients’ hippocampus also shows that the SIRPβ1 duplication allele correlates with higher TREM2 expression and an increased microglial activation. Given the recent pharmacological approaches focused on the TREM2-TYROBP axis, we consider that the presence of this structural variant might be considered as a potential modulator of this causative pathway.