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.

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.