Abstract Multifactorial mechanisms underlying late-onset Alzheimer’s disease (LOAD) are poorly characterized from an integrative perspective. Here spatiotemporal alterations in brain amyloid-β deposition, metabolism, vascular, functional activity at rest, structural properties, cognitive integrity and peripheral proteins levels are characterized in relation to LOAD progression. We analyse over 7,700 brain images and tens of plasma and cerebrospinal fluid biomarkers from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). Through a multifactorial data-driven analysis, we obtain dynamic LOAD–abnormality indices for all biomarkers, and a tentative temporal ordering of disease progression. Imaging results suggest that intra-brain vascular dysregulation is an early pathological event during disease development. Cognitive decline is noticeable from initial LOAD stages, suggesting early memory deficit associated with the primary disease factors. High abnormality levels are also observed for specific proteins associated with the vascular system’s integrity. Although still subjected to the sensitivity of the algorithms and biomarkers employed, our results might contribute to the development of preventive therapeutic interventions.

Abstract Brain iron elevation is implicated in Alzheimer’s disease (AD) pathogenesis, but the impact of iron on disease outcomes has not been previously explored in a longitudinal study. Ferritin is the major iron storage protein of the body; by using cerebrospinal fluid (CSF) levels of ferritin as an index, we explored whether brain iron status impacts longitudinal outcomes in the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) cohort. We show that baseline CSF ferritin levels were negatively associated with cognitive performance over 7 years in 91 cognitively normal, 144 mild cognitive impairment (MCI) and 67 AD subjects, and predicted MCI conversion to AD. Ferritin was strongly associated with CSF apolipoprotein E levels and was elevated by the Alzheimer’s risk allele, APOE-ɛ4 . These findings reveal that elevated brain iron adversely impacts on AD progression, and introduce brain iron elevation as a possible mechanism for APOE-ɛ4 being the major genetic risk factor for AD.

There is considerable debate whether Alzheimer's disease (AD) originates in basal forebrain or entorhinal cortex. Here we examined whether longitudinal decreases in basal forebrain and entorhinal cortex grey matter volume were interdependent and sequential. In a large cohort of age-matched older adults ranging from cognitively normal to AD, we demonstrate that basal forebrain volume predicts longitudinal entorhinal degeneration. Models of parallel degeneration or entorhinal origin received negligible support. We then integrated volumetric measures with an amyloid biomarker sensitive to pre-symptomatic AD pathology. Comparison between cognitively matched normal adult subgroups, delineated according to the amyloid biomarker, revealed abnormal degeneration in basal forebrain, but not entorhinal cortex. Abnormal degeneration in both basal forebrain and entorhinal cortex was only observed among prodromal (mildly amnestic) individuals. We provide evidence that basal forebrain pathology precedes and predicts both entorhinal pathology and memory impairment, challenging the widely held belief that AD has a cortical origin.

Diagnosing a periprosthetic joint infection (PJI) requires a complex approach using various laboratory and clinical criteria. A novel approach to diagnosing these infections uses synovial fluid biomarkers. Alpha defensin-1 (AD-1) is one such synovial-fluid biomarker. However little is known about the performance of the AD-1 assay in the diagnosis of PJI.We sought to (1) determine the sensitivity and specificity of the AD-1 assay in a population of patients being evaluated for PJI, using the Musculoskeletal Infection Society (MSIS) criteria as the reference standard, and (2) compare the AD-1 assay with other currently available clinical tests, specifically cell count, culture, erythrocyte sedimentation rate, and C-reactive protein.A retrospective review was performed of all patients undergoing workup for a PJI at our institution from January to June 2013. Sixty-one AD-1 assays were done in 57 patients. The group included 51 patients with 55 painful joints and six patients who underwent aspiration before second-stage reimplantation. Patients were considered to have a PJI if they met the MSIS criteria. We calculated the sensitivity and specificity of the AD-1 synovial fluid assay, and compared it with the sensitivity and specificity of the synovial fluid cell count, culture, erythrocyte sedimentation rate, and C-reactive protein. There were 19 diagnosed infections in the 61 aspirations, with 21 positive and 40 negative AD-1 assays. There were two false positive and no false negatives AD-1 assays.The sensitivity and specificity for the AD-1 assay were 100% (95% CI, 79%-100%) and 95% (95% CI, 83%-99%), respectively. The sensitivity and specificity of the other tests ranged from 68% to 95% and 66% to 88%, respectively. The AD-1 assay results outperformed the other tests but did not reach statistical significance except for the sensitivity of the erythrocyte sedimentation rate.The sensitivity and specificity of the synovial fluid AD-1 assay exceeded the sensitivity and specificity of the other currently available clinical tests evaluated here but did not reach significance. The AD-1 assay offers another test with high sensitivity and specificity for diagnosing a PJI especially in the case where the diagnosis of PJI is uncertain, but larger studies will be needed to determine significance and cost effectiveness.Level III, diagnostic study. See the Instructions for Authors for a complete description of levels of evidence.

Brain genetics is an active research area. The degree to which genetic variants impact variations in brain structure and function remains largely unknown. We examined the heritability of regional brain volumes (p ~ 100) captured by single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in UK Biobank (n ~ 9000). We found that regional brain volumes are highly heritable in this study population. We observed omni-genic impact across the genome as well as enrichment of SNPs in active chromatin regions. Principal components derived from regional volume data are also highly heritable, but the amount of variance in brain volume explained by the component did not seem to be related to its heritability. Heritability estimates vary substantially across large-scale functional networks and brain regions. The variation in heritability across regions was not related to measurement reliability. Heritability estimates exhibit a symmetric pattern across left and right hemispheres and are consistent in females and males. Our main findings in UK Biobank are consistent with those in Alzheimers Disease Neuroimaging Initiative (n ~ 1100), Philadelphia Neurodevelopmental Cohort (n ~ 600), and Pediatric Imaging, Neurocognition, and Genetics (n ~ 500) datasets, with more stable estimates in UK Biobank.