HIV-associated neurocognitive disorders (HAND) affect over half of HIV-infected individuals, despite antiretroviral therapy (ART). Therapeutically targetable mechanisms underlying HAND remain elusive, partly due to a lack of a representative model. We developed a human-induced pluripotent stem cell (hiPSC)-based model, independently differentiating hiPSCs into neurons, astrocytes, and microglia, and systematically combining to generate a tri-culture with or without HIV infection and ART. Single-cell RNA sequencing analysis on tri-cultures with HIV-infected microglia revealed inflammatory signatures in the microglia and EIF2 signaling in all three cell types. Treatment with the antiretroviral compound efavirenz (EFZ) mostly resolved these signatures. However, EFZ increased RhoGDI and CD40 signaling in the HIV-infected microglia. This activation was associated with a persistent increase in tumor necrosis factor α production by microglia. This work establishes a tri-culture that recapitulates key features of HIV infection in the CNS and provides a new model to examine the effects of infection, its treatment, and other co-morbid conditions.

ABSTRACT Common SNPs are predicted to collectively explain 40-50% of phenotypic variation in human height, but identifying the specific variants and associated regions requires huge sample sizes. Here we show, using GWAS data from 5.4 million individuals of diverse ancestries, that 12,111 independent SNPs that are significantly associated with height account for nearly all of the common SNP-based heritability. These SNPs are clustered within 7,209 non-overlapping genomic segments with a median size of ~90 kb, covering ~21% of the genome. The density of independent associations varies across the genome and the regions of elevated density are enriched for biologically relevant genes. In out-of-sample estimation and prediction, the 12,111 SNPs account for 40% of phenotypic variance in European ancestry populations but only ~10%-20% in other ancestries. Effect sizes, associated regions, and gene prioritization are similar across ancestries, indicating that reduced prediction accuracy is likely explained by linkage disequilibrium and allele frequency differences within associated regions. Finally, we show that the relevant biological pathways are detectable with smaller sample sizes than needed to implicate causal genes and variants. Overall, this study, the largest GWAS to date, provides an unprecedented saturated map of specific genomic regions containing the vast majority of common height-associated variants.

Abstract Phenome-wide association studies (PheWAS), which assess whether a genetic variant is associated with multiple phenotypes across a phenotypic spectrum, have been proposed as a possible aid to drug development through elucidating mechanisms of action, identifying alternative indications, or predicting adverse drug events (ADEs). Here, we evaluate whether PheWAS can inform target validation during drug development. We selected 25 single nucleotide polymorphisms (SNPs) linked through genome-wide association studies (GWAS) to 19 candidate drug targets for common disease therapeutic indications. We independently interrogated these SNPs through PheWAS in four large “real-world data” cohorts (23andMe, UK Biobank, FINRISK, CHOP) for association with a total of 1,892 binary endpoints. We then conducted meta-analyses for 145 harmonized disease endpoints in up to 697,815 individuals and joined results with summary statistics from 57 published GWAS. Our analyses replicate 70% of known GWAS associations and identify 10 novel associations with study-wide significance after multiple test correction (P<1.8x10 -6 ; out of 72 novel associations with FDR<0.1). By leveraging directionality and point estimate of the effect sizes, we describe new associations that may predict ADEs, e.g., acne, high cholesterol, gout and gallstones for rs738409 (p.I148M) in PNPLA3 ; or asthma for rs1990760 (p.T946A) in IFIH1 . We further propose how quantitative estimates of genetic safety/efficacy profiles can be used to help prioritize candidate targets for a specific indication. Our results demonstrate PheWAS as a powerful addition to the toolkit for drug discovery. One Sentence Summary Matching genetics with phenotypes in 800,000 individuals predicts efficacy and on-target safety of future drugs.

Abstract Pubertal timing varies considerably and is associated with later health outcomes. We performed multi-ancestry genetic analyses on ~800,000 women, identifying 1,080 signals for age at menarche. Collectively, these explained 11% of trait variance in an independent sample. Women at the top and bottom 1% of polygenic risk exhibited ~11 and ~14-fold higher risks of delayed and precocious puberty, respectively. We identified several genes harboring rare loss-of-function variants in ~200,000 women, including variants in ZNF483 , which abolished the impact of polygenic risk. Variant-to-gene mapping approaches and mouse gonadotropin-releasing hormone neuron RNA sequencing implicated 665 genes, including an uncharacterized G-protein-coupled receptor, GPR83 , which amplified the signaling of MC3R , a key nutritional sensor. Shared signals with menopause timing at genes involved in DNA damage response suggest that the ovarian reserve might signal centrally to trigger puberty. We also highlight body size-dependent and independent mechanisms that potentially link reproductive timing to later life disease.

Abstract Structured representation of clinical genetic results is necessary for advancing precision medicine. The Electronic Medical Records and Genomics (eMERGE) Network’s Phase III program initially used a commercially developed XML message format for standardized and structured representation of genetic results for electronic health record (EHR) integration. In a desire to move towards a standard representation, the network created a new standardized format based upon Health Level Seven Fast Healthcare Interoperability Resources (HL7 FHIR), to represent clinical genomics results. These new standards improve the utility of HL7 FHIR as an international healthcare interoperability standard for management of genetic data from patients. This work advances the establishment of standards that are being designed for broad adoption in the current health information technology landscape.

Abstract A major challenge of genome-wide association studies (GWAS) is to translate phenotypic associations into biological insights. Here, we integrate a large GWAS on blood lipids involving 1.6 million individuals from five ancestries with a wide array of functional genomic datasets to discover regulatory mechanisms underlying lipid associations. We first prioritize lipid-associated genes with expression quantitative trait locus (eQTL) colocalizations, and then add chromatin interaction data to narrow the search for functional genes. Polygenic enrichment analysis across 697 annotations from a host of tissues and cell types confirms the central role of the liver in lipid levels, and highlights the selective enrichment of adipose-specific chromatin marks in high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides. Overlapping transcription factor (TF) binding sites with lipid-associated loci identifies TFs relevant in lipid biology. In addition, we present an integrative framework to prioritize causal variants at GWAS loci, producing a comprehensive list of candidate causal genes and variants with multiple layers of functional evidence. Two prioritized genes, CREBRF and RRBP1 , show convergent evidence across functional datasets supporting their roles in lipid biology.

Abstract Patients with familial platelet disorder with a predisposition to myeloid malignancy (FPDMM) harbor germline monoallelic mutations in a key hematopoietic transcription factor RUNX1. Previous studies of FPDMM have focused on megakaryocyte (Mk) differentiation, and platelet production and signaling. However, the effects of RUNX1 haploinsufficiency on hematopoietic progenitor cells (HPCs) and subsequent megakaryopoiesis remains incomplete. To address this issue, we studied induced-pluripotent stem cell (iPSC)-derived HPCs (iHPCs) and Mks (iMks) from both patient-derived lines and a wildtype line modified to be RUNX1 haploinsufficient (RUNX1 +/− ), each compared to their isogenic wildtype control. All RUNX1 +/− lines showed decreased iMk yield and depletion of a Mk-biased iHPC subpopulation. To investigate global and local gene expression changes underlying this iHPC shift, single-cell RNA sequencing was performed on sorted FPDMM and control iHPCs. We defined several cell subpopulations in FPDMM Mk-biased iHPCs. Analyses of gene sets upregulated in FPDMM iHPCs indicated enrichment for response to stress, regulation of signal transduction and response to cytokine gene sets. Immunoblotting studies in FPDMM iMks were consistent with these findings, but also identified augmented baseline c-Jun N-terminal kinase (JNK) phosphorylation, known to be activated by transforming growth factor β1 and cellular stressors. J-IN8 and RepSox, small drugs targeting these pathways, corrected quantitative defects in FPDMM iHPC production. These findings were confirmed in adult human CD34 + -derived stem and progenitor cells transduced with lentiviral RUNX1 short-hairpin (sh) RNA to mimic RUNX1 +/− . These mechanistic studies of the defect in megakaryopoiesis in FPDMM suggest druggable pathways for clinical management of thrombocytopenia in affected patients. Key points RUNX1 haploinsufficiency results in a deficiency of megakaryocyte-biased hematopoietic progenitor cells (HPCs). RUNX1 haploinsufficiency elevates druggable proinflammatory and TGFβR1-related pathways in HPCs.

Abstract How FOXP3 + T follicular regulatory (Tfr) cells simultaneously steer antibody formation toward microbe/vaccine recognition and away from self-reactivity remains unsettled. To explore human Tfr cell provenance, function and location heterogeneity, we used paired TCRVA / TCRVB sequencing to distinguish tonsillar Tfr cells clonally related to natural Tregs (nTfr) from those likely induced from Tfh cells (iTfr). The proteins iTfr and nTfr cells differentially expressed were utilized to pinpoint their in situ locations via multi-plex microscopy and establish divergent functional roles. In-silico and tonsil organoid tracking models corroborated the existence of separate Treg-to-nTfr and Tfh-to-iTfr developmental trajectories. In total, we have identified human iTfr cells as a distinct CD38-expressing, GC-resident, Tfh-descended subset that gains suppressive function while retaining capacities for B-cell help whereas CD38 - nTfr cells are elite suppressors primarily localized to follicular mantles. Interventions differentially targeting Tfr subsets may provide therapeutic opportunities to boost immunity or more precisely treat autoimmune diseases. One sentence summary Human tonsillar Tfr clones descend from either Treg or Tfh lineages and provenance predicts their TCR repertoires, locations and functional characteristics.

Asthma is the most common chronic disease of children, with significant racial/ethnic differences in prevalence, morbidity, mortality and therapeutic response. Albuterol, a bronchodilator medication, is the first-line therapy for asthma treatment worldwide. We performed the largest whole genome sequencing (WGS) pharmacogenetics study to date using data from 1,441 minority children with asthma who had extremely high or low bronchodilator drug response (BDR). We identified population-specific and shared pharmacogenetic variants associated with BDR, including genome-wide significant (p < 3.53 x 10-7) and suggestive (p < 7.06 x 10-6) loci near genes previously associated with lung capacity (DNAH5), immunity (NFKB1 and PLCB1), and β-adrenergic signaling pathways (ADAMTS3 and COX18). Functional analyses centered on NFKB1 revealed potential regulatory function of our BDR-associated SNPs in bronchial smooth muscle cells. Specifically, these variants are in linkage disequilibrium with SNPs in a functionally active enhancer, and are also expression quantitative trait loci (eQTL) for a neighboring gene, SLC39A8. Given the lack of other asthma study populations with WGS data on minority children, replication of our rare variant associations is infeasible. We attempted to replicate our common variant findings in five independent studies with GWAS data. The age-specific associations previously found in asthma and asthma-related traits suggest that the over-representation of adults in our replication populations may have contributed to our lack of statistical replication, despite the functional relevance of the NFKB1 variants demonstrated by our functional assays. Our study expands the understanding of pharmacogenetic analyses in racially/ethnically diverse populations and advances the foundation for precision medicine in at-risk and understudied minority populations.

Background: We characterised the phenotypic consequence of genetic variation at the PCSK9 locus and compared findings with recent trials of pharmacological inhibitors of PCSK9. Methods: Published and individual participant level data (300,000+ participants) were combined to construct a weighted PCSK9 gene-centric score (GS). Fourteen randomized placebo controlled PCSK9 inhibitor trials were included, providing data on 79,578 participants. Results were scaled to a one mmol/L lower LDL-C concentration. Results: The PCSK9 GS (comprising 4 SNPs) associations with plasma lipid and apolipoprotein levels were consistent in direction with treatment effects. The GS odds ratio (OR) for myocardial infarction (MI) was 0.53 (95%CI 0.42; 0.68), compared to a PCSK9 inhibitor effect of 0.90 (95%CI 0.86; 0.93). For ischemic stroke ORs were 0.84 (95%CI 0.57; 1.22) for the GS, compared to 0.85 (95%CI 0.78; 0.93) in the drug trials. ORs with type 2 diabetes mellitus (T2DM) were 1.29 (95% CI 1.11; 1.50) for the GS, as compared to 1.00 (95%CI 0.96; 1.04) for incident T2DM in PCSK9 inhibitor trials. No genetic associations were observed for cancer, heart failure, atrial fibrillation, chronic obstructive pulmonary disease, or Alzheimer's disease - outcomes for which large-scale trial data were unavailable. Conclusions: Genetic variation at the PCSK9 locus recapitulates the effects of therapeutic inhibition of PCSK9 on major blood lipid fractions and MI. Apparent discordance between genetic associations and trial outcome for T2DM might be explained lack by a of statistical precision, or differences in the nature and duration of genetic versus pharmacological perturbation of PCSK9.