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.

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 Background Genetics plays a major role in Alzheimer’s Disease (AD). To date, 40 genes associated with AD have been identified, although most remain undiscovered. Clinical, neuropathological and genetic variability might impact genetic discoveries and complicate dissection of the biological pathways underlying AD. Methods GR@ACE is a genome-wide study of dementia and its clinical endophenotypes that encompasses 4,120 cases and 3,289 controls from Spain. GR@ACE phenotypes were defined according to AD’s clinical certainty and the presence of vascular co-morbidity. To explore whether clinical endophenotypes reflect variation in underlying biological pathways, we first assessed the impact of known AD loci across endophenotypes to generate three loci categories. Next, we incorporated gene co-expression data and conducted pathway analysis on each category. To assess the impact of heterogeneity in the GWAS findings, the GR@ACE series were meta-analyzed with: 1) genotype-level data from dbGaP (N=21,235); and 2) summary statistics from IGAP Stages I and II (n=61,571 and n=81,455 respectively). Findings We classified known AD loci in three categories, which might reflect the disease clinical heterogeneity, from vascular and mixed forms to pure AD pathology. Immune system pathways were detected in all categories. Intriguingly, vascular processes were only detected as a causal mechanism in probable AD. A meta-analysis of GR@ACE with additional GWAS datasets revealed the ANKRD31-rs4704171 signal in the HMGCR genomic region. We confirmed NDUFAF6-rs10098778 and SCIMP -rs7225151, which were previously detected by IGAP, to be suggestive signals. We also confirmed CD33-rs3865444 to be genome-wide significant. Interpretation The regulation of vasculature is a prominent causal component of probable AD. In that context, cerebral amyloid angiopathy, the unique identified link between the vascular and amyloid hypotheses, deserves further investigation. The GR@ACE meta-analysis revealed novel AD genetic signals. GWAS results are strongly driven by the presence of clinical heterogeneity in the AD series. Funding Grifols SA, Fundación bancaria “La Caixa”, Fundació ACE and ISCIII (Instituto de Salud Carlos III).

Abstract Approximately 44 million people worldwide live with Alzheimer’s disease (AD) or a related form of dementia. Aggregates of the microtubule-associated protein tau are a common marker of these neurodegenerative diseases collectively termed as tauopathies. However, all therapeutic attempts based on tau have failed, suggesting that tau may only indicate a higher-level causal mechanism. For example, increasing levels of reactive oxygen species (ROS) may trigger protein aggregation or modulate protein degradation. Here we show that type 4 NADPH oxidase (NOX), the most abundant isoform of the only dedicated reactive oxygen producing enzyme family, is upregulated in dementia and AD patients and in a humanized mouse model of tauopathy. Both global knockout and neuronal knockdown of the Nox4 gene in mice, diminished the accumulation of pathological tau and positively modified established tauopathy by a mechanism that implicates modulation of the autophagy-lysosomal pathway (ALP). Moreover, neuronal-targeted NOX4 knockdown was sufficient to reduce neurotoxicity and prevented cognitive decline, suggesting a direct and causal role for neuronal NOX4. Thus, NOX4 is a previously unrecognized causal, mechanism-based target in tauopathies and blood-brain barrier permeable specific NOX4 inhibitors could have therapeutic potential even in established disease. Graphical abstract

Abstract INTRODUCTION Hippocampal sclerosis of aging (HS) is defined by end-stage histological findings, strongly associated with limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy (LATE). We aimed to characterize features of early HS to refine the understanding of its role within combined pathology. METHODS We studied 159 brain donations from the multimodal Vallecas Alzheimer’s Center Study. A staging system (0 to IV) was developed to account for HS progression and analyzed in relation to pre-mortem cognitive and MRI data. RESULTS Our HS staging system displayed a significant correlation with disease duration, cognitive performance and combined neuropathologies, especially with LATE. Two-level assessment along the hippocampal longitudinal axis revealed an anterior-posterior gradient of HS severity. In vivo MRI showed focally reduced hippocampal grey matter density as a function of HS staging. DISCUSSION The association of this staging system with clinical progression and structural differences supports its utility in the characterization and potential in vivo monitoring of HS.

INTRODUCTION: Three-dimensional (3D) histology analyses are essential to overcome sampling variability and understand pathological differences beyond the dissection axis. We present Path2MR, the first pipeline allowing 3D reconstruction of sparse human histology without an MRI reference. We implemented Path2MR with post-mortem hippocampal sections to explore pathology gradients in Alzheimer9s Disease. METHODS: Blockface photographs of brain hemisphere slices are used for 3D reconstruction, from which an MRI-like image is generated using machine learning. Histology sections are aligned to the reconstructed hemisphere and subsequently to an atlas in standard space. RESULTS: Path2MR successfully registered histological sections to their anatomical position along the hippocampal longitudinal axis. Combined with histopathology quantification, we found an expected peak of tau pathology at the anterior end of the hippocampus, while amyloid-beta displayed a quadratic anterior-posterior distribution. CONCLUSION: Path2MR, which enables 3D histology using any brain bank dataset, revealed significant differences along the hippocampus between tau and amyloid-beta.

INTRODUCTION: Hippocampal sclerosis of aging (HS) is an important component of combined dementia neuropathology. However, the temporal evolution of its histologically-defined features is unknown. We investigated pre-mortem longitudinal hippocampal atrophy associated with HS, as well as with other dementia-associated pathologies. METHODS: We analyzed hippocampal volumes from MRI segmentations in 64 dementia patients with longitudinal MRI follow-up and post-mortem neuropathological evaluation, including HS assessment in the hippocampal head and body. RESULTS: Significant HS-associated hippocampal volume changes were observed thoughout the evaluated timespan, up to 11.75 years before death. These changes were independent of age and Alzheimer's Disease (AD) burden, and specifically driven by CA1 and subiculum. AD burden, but not HS, significantly associated with the rate of hippocampal atrophy. DISCUSSION: HS-associated volume changes are detectable on MRI earlier than 10 years before death. These findings could contribute to the derivation of volumetric cut-offs for in vivo differentiation between HS and AD.

Mosaic loss of chromosome Y (mLOY) is a highly common somatic variant among men, and has been associated to higher risk in overall mortality and several types of disease, including Alzheimer's disease (Dumanski et al. 2016). In the present study, we aimed to replicate these findings in both a cross-sectional and longitudinal setup by determining mLOY phenotype and its associated polygenic risk score (PRS).MADloy R package (González et al. 2020) was used to determine mLOY in germline blood DNA from males in the GR@ACE cohort, composed of AD patients recruited in Fundació ACE (Barcelona, Spain) and population-based controls recruited from several Spanish centres. Additional MCI patients recruited in Fundació ACE were used to study disease progression. PRS was calculated by additive multiplication of the beta values of 114 genome-wide significant variants reported in the most relevant mLOY GWAS published to date (Thompson et al. 2019) and their genotypes in our dataset. To ease interpretation of results, PRS per SD units were used. Only individuals with ages 65-85 were kept for the case-control and PRS analyses (see Table 1). Statistical analysis was performed by fitting logistic regressions and Cox proportional-hazards models adjusted by age, APOE and PCs (when needed).mLOY phenotype did not show a significant association with AD in the case-control setup and showed suggestive results for higher risk of conversion to AD (HR=1.45; p=0.09). However, the mLOY PRS yielded borderline significance in the case-control dataset (OR=1.08; p=0.09), and statistical significance in MCI to AD conversion (HR=1.22; p=0.01). Importantly, PRS was independent of age, and effects were only observed in male samples, with no effect in conversion to AD or case-control in the female subset, supporting the validity of our approach.The age-dependent nature of mLOY and lack of age at sampling information for most controls limited our power to study mLOY phenotype's effect on AD. The mLOY PRS allowed us to overcome these limitations, acting as a male-specific AD risk factor and providing further evidence of mLOY's impact on AD.