Abstract Parkinson’s disease is increasingly prevalent. It progresses from the pre-motor stage (characterised by non-motor symptoms like REM sleep behaviour disorder), to the disabling motor stage. We need objective biomarkers for early/pre-motor disease stages to be able to intervene and slow the underlying neurodegenerative process. Here, we validate a targeted multiplexed mass spectrometry assay for blood samples from recently diagnosed motor Parkinson’s patients ( n = 99), pre-motor individuals with isolated REM sleep behaviour disorder (two cohorts: n = 18 and n = 54 longitudinally), and healthy controls ( n = 36). Our machine-learning model accurately identifies all Parkinson patients and classifies 79% of the pre-motor individuals up to 7 years before motor onset by analysing the expression of eight proteins—Granulin precursor, Mannan-binding-lectin-serine-peptidase-2, Endoplasmatic-reticulum-chaperone-BiP, Prostaglaindin-H2-D-isomaerase, Interceullular-adhesion-molecule-1, Complement C3, Dickkopf-WNT-signalling pathway-inhibitor-3, and Plasma-protease-C1-inhibitor. Many of these biomarkers correlate with symptom severity. This specific blood panel indicates molecular events in early stages and could help identify at-risk participants for clinical trials aimed at slowing/preventing motor Parkinson’s disease.

Abstract Background Mutations and multiplications in the gene encoding for alpha-synuclein are associated with Parkinson’s disease (PD). However, not all individuals with alpha-synuclein variants develop PD, suggesting that additional factors are involved. We hypothesized that increased alpha-synuclein might alter epigenetic regulation of PD pathways. Objectives To identify genome-wide DNA methylation and hydroxymethylation changes induced by overexpression of two alpha-synuclein variants in human dopaminergic neurons, and to relate these to the corresponding transcriptome. Methods We assessed DNA methylation and hydroxymethylation at >850,000 CpGs using the EPIC BeadChip in LUHMES cells differentiated to dopaminergic neurons. Control LUHMES neurons, LUHMES neurons overexpressing wild type alpha-synuclein, and LUHMES neurons overexpressing A30P alpha-synuclein were compared. We used SMITE network analysis to identify functionally related genes with altered DNA methylation, DNA hydroxymethylation, and/or gene expression, incorporating LUHMES H3K4me1 ChIP-seq to delineate enhancers in addition to the default promoter and gene body regions. Results Using stringent statistical thresholds, we found that increased expression of wild type or A30P mutant alpha-synuclein induced DNA methylation changes at thousands of CpGs and DNA hydroxymethylation changes at hundreds of CpGs. Differentially methylated sites in both genotypes were enriched for several processes including movement-associated pathways and glutamate signaling. For glutamate and other signaling pathways (i.e. PDGF, insulin), this differential DNA methylation was also associated with transcriptional changes. Conclusions Our results indicated that alpha-synuclein altered the DNA methylome of dopaminergic neurons, influencing regulation of pathways involved in development, signaling, and metabolism. This supports a role for alpha-synuclein in the epigenetic etiology of PD.