Abstract The extent of microglial heterogeneity in humans remains a central yet poorly explored question in light of the development of therapies targeting this cell type. Here, we investigate the population structure of live microglia purified from human cerebral cortex samples obtained at autopsy and during neurosurgical procedures. Using single cell RNA sequencing, we find that some subsets are enriched for disease-related genes and RNA signatures. We confirm the presence of four of these microglial subpopulations histologically and illustrate the utility of our data by characterizing further microglial cluster 7, enriched for genes depleted in the cortex of individuals with Alzheimer’s disease (AD). Histologically, these cluster 7 microglia are reduced in frequency in AD tissue, and we validate this observation in an independent set of single nucleus data. Thus, our live human microglia identify a range of subtypes, and we prioritize one of these as being altered in AD.

Abstract We initiated the systematic profiling of the dorsolateral prefrontal cortex obtained from a subset of autopsied individuals enrolled in the Religious Orders Study (ROS) or the Rush Memory and Aging Project (MAP), which are jointly designed prospective studies of aging and dementia with detailed, longitudinal cognitive phenotyping during life and a quantitative, structured neuropathologic examination after death. They include over 3,322 subjects. Here, we outline the first generation of data including genome-wide genotypes ( n =2,090), whole genome sequencing ( n =1,179), DNA methylation ( n =740), chromatin immunoprecipitation with sequencing using an anti-Histone 3 Lysine 9 acetylation (H3K9Ac) antibody ( n =712), RNA sequencing ( n =638), and miRNA profile ( n =702). Generation of other omic data including ATACseq, proteomic and metabolomics profiles is ongoing. Thanks to its prospective design and recruitment of older, non-demented individuals, these data can be repurposed to investigate a large number of syndromic and quantitative neuroscience phenotypes. The many subjects that are cognitively non-impaired at death also offer insights into the biology of the human brain in older non-impaired individuals.

Abstract INTRODUCTION Not all APOE ε4 carriers who survive to advanced age develop Alzheimer’s disease (AD); factors attenuating the risk of ε4 on AD may exist. METHODS Guided by the top ε4-attenuating signals from methylome-wide association analyses (N=572, ε4+ and ε4-) of neurofibrillary tangles and neuritic plaques, we conducted a meta-analysis for pathological AD within the ε4+ subgroups (N=235) across four independent collections of brains. Cortical RNA-seq and microglial morphology measurements were used in functional analyses. RESULTS Three out of the four significant CpG dinucleotides were captured by one principle component (PC1), which interacts with ε4 on AD, and is associated with expression of innate immune genes and activated microglia. In ε4 carriers, reduction in each unit of PC1 attenuated the odds of AD by 58% (OR=2.39, 95%CI=[1.64,3.46], P =7.08×10 −6 ). DISCUSSION An epigenomic factor associated with a reduced proportion of activated microglia appears to attenuate the risk of ε4 on AD.

ABSTRACT We establish a genome-wide map of DNA methylation quantitative trait locus (mQTL) effects in CD4 + T cells isolated from multiple sclerosis (MS) patients. Utilizing this map in a colocalization analysis, we identify 19 loci where the same haplotype drives both MS susceptibility and local ( cis -) DNA methylation. We also identify two distant ( trans -) mQTL effects of MS susceptibility loci: (1) a chromosome 16 MS locus affects PRDM8 methylation (a chromosome 4 region not previously associated with MS susceptibility), and (2) the aggregate effect of MS variants in the major histocompatibility complex (MHC, chromosome 6) influences DNA methylation near PRKCA on chromosome 17. Both effects are replicated in independent samples. Overall, we present a new methylome-wide mQTL resource for a key cell type in inflammatory disease research, uncover functional consequences of MS susceptibility variants, including the convergence of MHC risk alleles onto a new gene target involved in predisposition to MS.

INTRODUCTION: Multi-omics studies in Alzheimer's disease (AD) revealed many potential disease pathways and therapeutic targets. Despite their promise of precision medicine, these studies lacked African Americans (AA) and Latin Americans (LA), who are disproportionately affected by AD. METHODS: To bridge this gap, Accelerating Medicines Partnership in AD (AMP-AD) expanded brain multi-omics profiling to multi-ethnic donors. RESULTS: We generated multi-omics data and curated and harmonized phenotypic data from AA (n=306), LA (n=326), or AA and LA (n=4) brain donors plus Non-Hispanic White (n=252) and other (n=20) ethnic groups, to establish a foundational dataset enriched for AA and LA participants. This study describes the data available to the research community, including transcriptome from three brain regions, whole genome sequence, and proteome measures. DISCUSSION: Inclusion of traditionally underrepresented groups in multi-omics studies is essential to discover the full spectrum of precision medicine targets that will be pertinent to all populations affected with AD.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) remains a complex challenge characterized by cognitive decline and memory loss. Genetic variations have emerged as crucial players in the etiology of AD, enabling hope for a better understanding of the disease mechanisms; yet the specific mechanism of action for those genetic variants remain uncertain. Animal models with reminiscent disease pathology could uncover previously uncharacterized roles of these genes. Using CRISPR/Cas9 gene editing, we generated a knockout model for abca7, orthologous to human ABCA7 – an established AD-risk gene. The abca7 +/- zebrafish showed reduced astroglial proliferation, synaptic density, and microglial abundance in response to amyloid beta 42 (Aβ42). Single-cell transcriptomics revealed abca7 -dependent neuronal and glial cellular crosstalk through neuropeptide Y (NPY) signaling. The abca7 knockout reduced the expression of npy, bdnf and ngfra , which are required for synaptic integrity and astroglial proliferation. With clinical data in humans, we showed reduced NPY in AD correlates with elevated Braak stage, predicted regulatory interaction between NPY and BDNF , identified genetic variants in NPY associated with AD, found segregation of variants in ABCA7, BDNF and NGFR in AD families, and discovered epigenetic changes in the promoter regions of NPY, NGFR and BDNF in humans with specific single nucleotide polymorphisms in ABCA7 . These results suggest that ABCA7-dependent NPY signaling is required for synaptic integrity, the impairment of which generates a risk factor for AD through compromised brain resilience. Abstract Figure Graphical abstract

Abstract INTRODUCTION Multi‐omics studies in Alzheimer's disease (AD) revealed many potential disease pathways and therapeutic targets. Despite their promise of precision medicine, these studies lacked Black Americans (BA) and Latin Americans (LA), who are disproportionately affected by AD. METHODS To bridge this gap, Accelerating Medicines Partnership in Alzheimer's Disease (AMP‐AD) expanded brain multi‐omics profiling to multi‐ethnic donors. RESULTS We generated multi‐omics data and curated and harmonized phenotypic data from BA ( n = 306), LA ( n = 326), or BA and LA ( n = 4) brain donors plus non‐Hispanic White ( n = 252) and other ( n = 20) ethnic groups, to establish a foundational dataset enriched for BA and LA participants. This study describes the data available to the research community, including transcriptome from three brain regions, whole genome sequence, and proteome measures. DISCUSSION The inclusion of traditionally underrepresented groups in multi‐omics studies is essential to discovering the full spectrum of precision medicine targets that will be pertinent to all populations affected with AD. Highlights Accelerating Medicines Partnership in Alzheimer's Disease Diversity Initiative led brain tissue profiling in multi‐ethnic populations. Brain multi‐omics data is generated from Black American, Latin American, and non‐Hispanic White donors. RNA, whole genome sequencing and tandem mass tag proteomicsis completed and shared. Multiple brain regions including caudate, temporal and dorsolateral prefrontal cortex were profiled.

We initiated the systematic profiling of the dorsolateral prefrontal cortex obtained from a subset of autopsied individuals enrolled in the Religious Orders Study (ROS) or the Rush Memory and Aging Project (MAP), which are jointly designed and belong to a very few prospective studies of aging and dementia with detailed, longitudinal cognitive phenotyping during life and a quantitative, structured neuropathologic examination after death for >3,322 subjects. Here, we outline the first generation of data including genome-wide genotypes (n=2,090), whole genome sequencing (n=1,179), DNA methylation (n=740), chromatin immunoprecipitation with sequencing using an anti-Histone 3 Lysine 9 acetylation (H3K9Ac) antibody (n=712), RNA sequencing (n=638), and miRNA profile (n=702). Generation of other omic data including ATACseq, proteomic and metabolomics profiles is ongoing. Thanks to its prospective design and recruitment of older, non-demented individuals, these data can be repurposed to investigate a large number of syndromic and quantitative neuroscience phenotypes. The many subjects that are cognitively non-impaired at death also offer insights into the biology of the human brain in older non-impaired individuals.

Abstract Alzheimer’s Disease (AD) exhibits a complex molecular and phenotypic profile. Investigating gene expression plays a crucial role in unraveling the disease’s etiology and progression. Transcriptome data across ethnic groups lack, negatively impacting equity in intervention and research. We employed 565 brains across six U.S. brain banks ( n= 399 non-Hispanic Whites, n =113 Hispanics, n= 12 African Americans) to generated bulk RNA sequencing from prefrontal cortex. We sought to identify cross-ancestry and ancestry-specific differentially expressed genes (DEG) across Braak stages, adjusting for sex, age at death, and RNA quality metrics. We further validated our findings using the Religious Orders Study/Memory Aging Project brains (ROS/MAP; n= 1,095) and performed metanalysis ( n= 1,660). We conducted Gene Set and Variation and Enrichment analysis (GSVA; GSEA). We employed a machine-learning approach for phenotype prediction and gene prioritization to construct a polytranscriptomics risk score (PTRS) splitting our sample into training and testing sub-samples, either randomly or by ethnicity (“ancestry-agnostic” and “ancestry-aware”, respectively). Lastly, we validated top DEG using single-nucleus RNA sequencing (snRNAseq) data. We identified several DEG associated with Braak staging: AD-known genes VGF ( P adj =3.78E- 07) and ADAMTS2 ( P ad j =1.21E-04) were consistently differentially expressed across statistical models, ethnicities, and replicated in ROS/MAP. Genes from the heat shock protein ( HSP ) family, e.g. HSPB7 ( P adj =3.78E-07), were the top differentially expressed genes and replicated in ROS/MAP. Ethnic-stratified analyses prioritized TNFSF14 and SPOCD1 as top Hispanics DEG. GSEA highlighted “ Alzheimer disease ” ( P adj =4.24E-06) and “ TYROBP causal network in microglia ” ( P adj =1.68E-08) pathways. Up- and down-regulated genes were enriched in several pathways (e.g. “ Immune response activation signal pathways” , “ Vesicle-mediated transport in synapse ”, “ cognition ”). Ancestry-agnostic and ancestry-aware PTRS effectively classified brains (AUC=0.77 and 0.73 respectively) and replicated in ROS/MAP. snRNAseq validated prioritized genes, including VGF ( downregulated in neurons; P adj =1.1 E-07). This is the largest diverse AD transcriptome in post-mortem brain tissue, to our knowledge. We identified perturbated genes, pathways and network expressions in AD brains resulting in cross- ethnic and ethnic-specific findings, ultimately highlighting the diversity within AD pathogenesis. The latter underscores the need for an integrative and personalized approach in AD studies.

Identified as an Alzheimer's disease (AD) susceptibility gene by genome wide-association studies, BIN1 has 10 isoforms that are expressed in the Central Nervous System (CNS). The distribution of these isoforms in different cell types, as well as their role in AD pathology still remains unclear. Utilizing antibodies targeting specific BIN1 epitopes in human post-mortem tissue and analyzing RNA expression data from purified microglia, we identified three isoforms expressed specifically in neurons (isoforms 1, 2 and 3) and four isoforms expressed in microglia (isoforms 6, 9, 10 and 12). The abundance of selected peptides, which correspond to groups of BIN1 protein isoforms, was measured in dorsolateral prefrontal cortex, and their relation to neuropathological features of AD was assessed. Peptides contained in exon 7 of BIN1's N-BAR domain were found to be significantly associated with AD-related traits and, particularly, tau pathology. Since only isoforms 1, 2 and 3 contain exon 7, it appears that decreased protein expression of the N-BAR domain of BIN1 is associated with greater accumulation of tau pathology and subsequent cognitive decline, with astrocytic rather than neuronal BIN1 being the more likely culprit. These effects are independent of the BIN1 AD risk variant, suggesting that targeting specific BIN1 isoforms might be a novel therapeutic approach to prevent the accumulation of tau pathology.