Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a highly heritable childhood behavioral disorder affecting 5% of school-age children and 2.5% of adults. Common genetic variants contribute substantially to ADHD susceptibility, but no individual variants have been robustly associated with ADHD. We report a genome-wide association meta-analysis of 20,183 ADHD cases and 35,191 controls that identifies variants surpassing genome-wide significance in 12 independent loci, revealing new and important information on the underlying biology of ADHD. Associations are enriched in evolutionarily constrained genomic regions and loss-of-function intolerant genes, as well as around brain-expressed regulatory marks. These findings, based on clinical interviews and/or medical records are supported by additional analyses of a self-reported ADHD sample and a study of quantitative measures of ADHD symptoms in the population. Meta-analyzing these data with our primary scan yielded a total of 16 genome-wide significant loci. The results support the hypothesis that clinical diagnosis of ADHD is an extreme expression of one or more continuous heritable traits.

Large-scale reference data sets of human genetic variation are critical for the medical and functional interpretation of DNA sequence changes. Here we describe the aggregation and analysis of high-quality exome (protein-coding region) sequence data for 60,706 individuals of diverse ethnicities generated as part of the Exome Aggregation Consortium (ExAC). The resulting catalogue of human genetic diversity contains an average of one variant every eight bases of the exome, and provides direct evidence for the presence of widespread mutational recurrence. We show that this catalogue can be used to calculate objective metrics of pathogenicity for sequence variants, and to identify genes subject to strong selection against various classes of mutation; we identify 3,230 genes with near-complete depletion of truncating variants, 72% of which have no currently established human disease phenotype. Finally, we demonstrate that these data can be used for the efficient filtering of candidate disease-causing variants, and for the discovery of human knockout variants in protein-coding genes.

Autism spectrum disorder (ASD) is a highly heritable and heterogeneous group of neurodevelopmental phenotypes diagnosed in more than 1% of children. Common genetic variants contribute substantially to ASD susceptibility, but to date no individual variants have been robustly associated with ASD. With a marked sample size increase from a unique Danish population resource, we report a genome-wide association meta-analysis of 18,381 ASD cases and 27,969 controls that identifies five genome-wide significant loci. Leveraging GWAS results from three phenotypes with significantly overlapping genetic architectures (schizophrenia, major depression, and educational attainment), seven additional loci shared with other traits are identified at equally strict significance levels. Dissecting the polygenic architecture we find both quantitative and qualitative polygenic heterogeneity across ASD subtypes, in contrast to what is typically seen in other complex disorders. These results highlight biological insights, particularly relating to neuronal function and corticogenesis and establish that GWAS performed at scale will be much more productive in the near term in ASD, just as it has been in a broad range of important psychiatric and diverse medical phenotypes.

Structural variants (SVs) rearrange large segments of the genome and can have profound consequences for evolution and human diseases. As national biobanks, disease association studies, and clinical genetic testing grow increasingly reliant on genome sequencing, population references such as the Genome Aggregation Database (gnomAD) have become integral for interpreting genetic variation. To date, no large-scale reference maps of SVs exist from high-coverage sequencing comparable to those available for point mutations in protein-coding genes. Here, we constructed a reference atlas of SVs across 14,891 genomes from diverse global populations (54% non-European) as a component of gnomAD. We discovered a rich landscape of 433,371 distinct SVs, including 5,295 multi-breakpoint complex SVs across 11 mutational subclasses, and examples of localized chromosome shattering, as in chromothripsis. The average individual harbored 7,439 SVs, which accounted for 25-29% of all rare protein-truncating events per genome. We found strong correlations between constraint against damaging point mutations and rare SVs that both disrupt and duplicate protein-coding sequence, suggesting intolerance to reciprocal dosage alterations for a subset of tightly regulated genes. We also uncovered modest selection against noncoding SVs in cis -regulatory elements, although selection against protein-truncating SVs was stronger than any effect on noncoding SVs. Finally, we benchmarked carrier rates for medically relevant SVs, finding very large (≥1Mb) rare SVs in 3.8% of genomes (~1:26 individuals) and clinically reportable incidental SVs in 0.18% of genomes (~1:556 individuals). These data have been integrated directly into the gnomAD browser ( ) and will have broad utility for population genetics, disease association, and diagnostic screening.

We present the largest exome sequencing study of autism spectrum disorder (ASD) to date (n=35,584 total samples, 11,986 with ASD). Using an enhanced Bayesian framework to integrate de novo and case-control rare variation, we identify 102 risk genes at a false discovery rate ≤ 0.1. Of these genes, 49 show higher frequencies of disruptive de novo variants in individuals ascertained for severe neurodevelopmental delay, while 53 show higher frequencies in individuals ascertained for ASD; comparing ASD cases with mutations in these groups reveals phenotypic differences. Expressed early in brain development, most of the risk genes have roles in regulation of gene expression or neuronal communication (i.e., mutations effect neurodevelopmental and neurophysiological changes), and 13 fall within loci recurrently hit by copy number variants. In human cortex single-cell gene expression data, expression of risk genes is enriched in both excitatory and inhibitory neuronal lineages, consistent with multiple paths to an excitatory/inhibitory imbalance underlying ASD.

Autism spectrum disorder (ASD) and attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) are substantially heritable, but individuals with psychiatric diagnoses often do not have blood drawn as part of routine medical procedure, making it difficult to collect large cohorts for genetic study. To overcome this challenge, we drew upon two Danish national resources: the Danish Neonatal Screening Biobank (DNSB) and the Danish national psychiatric registry. We have previously validated the use of archived bloodspots from the DNSB for genotyping and sequencing, and we recently performed common variant analysis on dried bloodspot material in both ASD and ADHD. Here, we present exome sequences from over 13,000 DNSB samples, finding that ASD and ADHD show a strikingly similar burden of rare protein-truncating variants, both significantly higher than controls. Additionally, the distributions of genes hit by these variants are not distinguishable between the two disorders, suggesting that many risk genes may be shared between them. These results motivate a combined analysis across ASD and ADHD, which--in conjunction with incorporation of the gnomAD reference database as additional population controls--leads to the identification of genes conferring general risk for childhood psychiatric disorders, including the novel gene MAP1A.

As part of a broader collaborative network of exome sequencing studies, we developed a jointly called data set of 5,685 Ashkenazi Jewish exomes. We make publicly available a resource of site and allele frequencies, which should serve as a reference for medical genetics in the Ashkenazim. We estimate that 30% of protein-coding alleles present in the Ashkenazi Jewish population at frequencies greater than 0.2% are significantly more frequent (mean 7.6-fold) than their maximum frequency observed in other reference populations. Arising via a well-described founder effect, this catalog of enriched alleles can contribute to differences in genetic risk and overall prevalence of diseases between populations. As validation we document 151 AJ enriched protein-altering alleles that overlap with ``pathogenic" ClinVar alleles, including those that account for 10-100 fold differences in prevalence between AJ and non-AJ populations of some rare diseases including Gaucher disease (GBA, p.Asn409Ser, 8-fold enrichment); Canavan disease (ASPA, p.Glu285Ala, 12-fold enrichment); and Tay-Sachs disease (HEXA, c.1421+1G>C, 27-fold enrichment; p.Tyr427IlefsTer5, 12-fold enrichment). We next sought to use this catalog, of well-established relevance to Mendelian disease, to explore Crohn's disease, a common disease with an estimated two to four-fold excess prevalence in AJ. We specifically evaluate whether strong acting rare alleles, enriched by the same founder-effect, contribute excess genetic risk to Crohn's disease in AJ, and find that ten rare genetic risk factors in NOD2 and LRRK2 are strongly enriched in AJ, including several novel contributing alleles, show evidence of association to CD. Independently, we find that genomewide common variant risk defined by GWAS shows a strong difference between AJ and non-AJ European control population samples (0.97 s.d. higher, p<10-16). Taken together, the results suggest coordinated selection in AJ population for higher CD risk alleles in general. The results and approach illustrate the value of exome sequencing data in case-control studies along with reference data sets like ExAC to pinpoint genetic variation that contributes to variable disease predisposition across populations.

We conducted a search for protein truncating variants conferring protection against inflammatory bowel disease exploiting knowledge of common variants associated with the same disease. We found that a protein truncating variant (rs36095412, p.R179X, genotyped in 11,148 ulcerative colitis patients and 295,446 controls, MAF = up to 0.78%) in RNF186, a single-exon ring finger E3 ligase with strong colonic expression, protects against ulcerative colitis (overall P = 6.89×10-7, odds ratio (OR) = 0.30). We further demonstrate that the truncated protein is expressed, suggesting the protective mechanism may reside in the loss of an interaction or function via mislocalization or loss of an essential protein element.