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) DNA sequence data for 60,706 individuals of diverse ancestries generated as part of the Exome Aggregation Consortium (ExAC). This 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 have used this catalogue to calculate objective metrics of pathogenicity for sequence variants, and to identify genes subject to strong selection against various classes of mutation; identifying 3,230 genes with near-complete depletion of predicted protein-truncating variants, with 72% of these genes having 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. Exome sequencing data from 60,706 people of diverse geographic ancestry is presented, providing insight into genetic variation across populations, and illuminating the relationship between DNA variants and human disease. As part of the Exome Aggregation Consortium (ExAC) project, Daniel MacArthur and colleagues report on the generation and analysis of high-quality exome sequencing data from 60,706 individuals of diverse ancestry. This provides the most comprehensive catalogue of human protein-coding genetic variation to date, yielding unprecedented resolution for the analysis of very rare variants across multiple human populations. The catalogue is freely accessible and provides a critical reference panel for the clinical interpretation of genetic variants and the discovery of disease-related genes.

Brainstorming diseases Consistent classification of neuropsychiatric diseases is problematic because it can lead to misunderstanding of etiology. The Brainstorm Consortium examined multiple genome-wide association studies drawn from more than 200,000 patients for 25 brain-associated disorders and 17 phenotypes. Broadly, it appears that psychiatric and neurologic disorders share relatively little common genetic risk. However, different and independent pathways can result in similar clinical manifestations (e.g., psychosis, which occurs in both schizophrenia and Alzheimer's disease). Schizophrenia correlated with many psychiatric disorders, whereas the immunopathological affliction Crohn's disease did not, and posttraumatic stress syndrome was also largely independent of underlying traits. Essentially, the earlier the onset of a disorder, the more inheritable it appeared to be. Science , this issue p. eaap8757

Genetic influences on psychiatric disorders transcend diagnostic boundaries, suggesting substantial pleiotropy of contributing loci. However, the nature and mechanisms of these pleiotropic effects remain unclear. We performed analyses of 232,964 cases and 494,162 controls from genome-wide studies of anorexia nervosa, attention-deficit/hyperactivity disorder, autism spectrum disorder, bipolar disorder, major depression, obsessive-compulsive disorder, schizophrenia, and Tourette syndrome. Genetic correlation analyses revealed a meaningful structure within the eight disorders, identifying three groups of inter-related disorders. Meta-analysis across these eight disorders detected 109 loci associated with at least two psychiatric disorders, including 23 loci with pleiotropic effects on four or more disorders and 11 loci with antagonistic effects on multiple disorders. The pleiotropic loci are located within genes that show heightened expression in the brain throughout the lifespan, beginning prenatally in the second trimester, and play prominent roles in neurodevelopmental processes. These findings have important implications for psychiatric nosology, drug development, and risk prediction.

The direct estimation of heritability from genome-wide common variant data as implemented in the program Genome-wide Complex Trait Analysis (GCTA) has provided a means to quantify heritability attributable to all interrogated variants. We have quantified the variance in liability to disease explained by all SNPs for two phenotypically-related neurobehavioral disorders, obsessive-compulsive disorder (OCD) and Tourette Syndrome (TS), using GCTA. Our analysis yielded a heritability point estimate of 0.58 (se = 0.09, p = 5.64e-12) for TS, and 0.37 (se = 0.07, p = 1.5e-07) for OCD. In addition, we conducted multiple genomic partitioning analyses to identify genomic elements that concentrate this heritability. We examined genomic architectures of TS and OCD by chromosome, MAF bin, and functional annotations. In addition, we assessed heritability for early onset and adult onset OCD. Among other notable results, we found that SNPs with a minor allele frequency of less than 5% accounted for 21% of the TS heritability and 0% of the OCD heritability. Additionally, we identified a significant contribution to TS and OCD heritability by variants significantly associated with gene expression in two regions of the brain (parietal cortex and cerebellum) for which we had available expression quantitative trait loci (eQTLs). Finally we analyzed the genetic correlation between TS and OCD, revealing a genetic correlation of 0.41 (se = 0.15, p = 0.002). These results are very close to previous heritability estimates for TS and OCD based on twin and family studies, suggesting that very little, if any, heritability is truly missing (i.e., unassayed) from TS and OCD GWAS studies of common variation. The results also indicate that there is some genetic overlap between these two phenotypically-related neuropsychiatric disorders, but suggest that the two disorders have distinct genetic architectures.

Dapsone is used in the treatment of infections and inflammatory diseases. The dapsone hypersensitivity syndrome, which is associated with a reported mortality of 9.9%, develops in about 0.5 to 3.6% of persons treated with the drug. Currently, no tests are available to predict the risk of the dapsone hypersensitivity syndrome.We performed a genomewide association study involving 872 participants who had received dapsone as part of multidrug therapy for leprosy (39 participants with the dapsone hypersensitivity syndrome and 833 controls), using log-additive tests of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and imputed HLA molecules. For a replication analysis, we genotyped 24 SNPs in an additional 31 participants with the dapsone hypersensitivity syndrome and 1089 controls and performed next-generation sequencing for HLA-B and HLA-C typing at four-digit resolution in an independent series of 37 participants with the dapsone hypersensitivity syndrome and 201 controls.Genomewide association analysis showed that SNP rs2844573, located between the HLA-B and MICA loci, was significantly associated with the dapsone hypersensitivity syndrome among patients with leprosy (odds ratio, 6.18; P=3.84×10(-13)). HLA-B*13:01 was confirmed to be a risk factor for the dapsone hypersensitivity syndrome (odds ratio, 20.53; P=6.84×10(-25)). The presence of HLA-B*13:01 had a sensitivity of 85.5% and a specificity of 85.7% as a predictor of the dapsone hypersensitivity syndrome, and its absence was associated with a reduction in risk by a factor of 7 (from 1.4% to 0.2%). HLA-B*13:01 is present in about 2 to 20% of Chinese persons, 1.5% of Japanese persons, 1 to 12% of Indians, and 2 to 4% of Southeast Asians but is largely absent in Europeans and Africans.HLA-B*13:01 was associated with the development of the dapsone hypersensitivity syndrome among patients with leprosy. (Funded by the National Natural Science Foundation of China and others.).

Abstract Obsessive-compulsive disorder (OCD), a highly heritable complex phenotype, demonstrates sexual dimorphism in age of onset and clinical presentation, suggesting a possible sex difference in underlying genetic architecture. We present the first genome-wide characterization of the sex-specific genetic architecture of OCD, utilizing the largest set of OCD cases and controls available from the Psychiatric Genomics Consortium. We assessed evidence for several mechanisms that may contribute to sexual-dimorphism including a sexually dimorphic liability threshold, the presence of individual sex-specific risk variants on the autosomes and the X chromosome, genetic and phenotypic heterogeneity, and sex-specific pleiotropic effects. We observed a strong genetic correlation between male and female OCD and no evidence for a sexually dimorphic liability threshold model. While we did not detect any sex-specific genome-wide associations, we observed that the SNPs with sexually dimorphic effects showed an enrichment of regulatory variants influencing expression of genes in immune tissues. Furthermore, top sex-specific genome-wide associations were enriched for regulatory variants in different tissues, suggesting evidence for potential sex difference in the biology underlying risk for OCD. These findings suggest that future studies with larger sample sizes hold great promise for the identification of sex-specific risk factors for OCD, significantly advancing our understanding of the differences in the genetic basis of sexually dimorphic neuropsychiatric traits.

Disorders of the brain exhibit considerable epidemiological comorbidity and frequently share symptoms, provoking debate about the extent of their etiologic overlap. We quantified the genetic sharing of 25 brain disorders based on summary statistics from genome-wide association studies of 215,683 patients and 657,164 controls, and their relationship to 17 phenotypes from 1,191,588 individuals. Psychiatric disorders show substantial sharing of common variant risk, while neurological disorders appear more distinct from one another. We observe limited evidence of sharing between neurological and psychiatric disorders, but do identify robust sharing between disorders and several cognitive measures, as well as disorders and personality types. We also performed extensive simulations to explore how power, diagnostic misclassification and phenotypic heterogeneity affect genetic correlations. These results highlight the importance of common genetic variation as a source of risk for brain disorders and the value of heritability-based methods in understanding their etiology.

Genetic influences on psychiatric disorders transcend diagnostic boundaries, suggesting substantial pleiotropy of contributing loci. However, the nature and mechanisms of these pleiotropic effects remain unclear. We performed a meta-analysis of 232,964 cases and 494,162 controls from genome-wide studies of anorexia nervosa, attention-deficit/hyperactivity disorder, autism spectrum disorder, bipolar disorder, major depression, obsessive-compulsive disorder, schizophrenia, and Tourette syndrome. Genetic correlation analyses revealed a meaningful structure within the eight disorders identifying three groups of inter-related disorders. We detected 109 loci associated with at least two psychiatric disorders, including 23 loci with pleiotropic effects on four or more disorders and 11 loci with antagonistic effects on multiple disorders. The pleiotropic loci are located within genes that show heightened expression in the brain throughout the lifespan, beginning in the second trimester prenatally, and play prominent roles in a suite of neurodevelopmental processes. These findings have important implications for psychiatric nosology, drug development, and risk prediction.

Abstract Brain atlases are vital tools in exploring the brain structure-function relationship. The burgeoning cross-species atlases have significantly accelerated our understanding of human brain development, evolution, function, and diseases. However, the existing coarse-grained macroscopic canine brain atlases greatly constrain their utility as an animal model for neurocognition research. Finer-grained brain atlas and partitions are crucial for decoding brain spatial heterogeneity and topology at different scales. Therefore, we conduct macroscopic and microscopic brain imaging to construct an interactive online dataset of multimodal canine brain atlas. Additionally, we develop a pioneering method for cortical cytoarchitectonic partitioning based on hypergraph learning. By integrating high-dimensional cytoarchitectonic features and spatial connections between cortical columns, the method leads to fine-grained partitioning patterns. This innovative approach aims to decode the biological heterogeneity of cortical microstructures, contributing to the structural annotation of canine atlas as well as public human brain atlases. The study not only offers valuable resources but also presents a novel zonation approach to investigate the cellular organization pattern and topology of the cortex.

Anorexia nervosa (AN) and obsessive-compulsive disorder (OCD) are often comorbid and likely to share genetic risk factors. Hence, we examine their shared genetic background using a cross-disorder GWAS meta-analysis of 3,495 AN cases, 2,688 OCD cases and 18,013 controls. We confirmed a high genetic correlation between AN and OCD (rg = 0.49 ± 0.13, p = 9.07x10-7) and a sizable SNP heritability (SNP h2 = 0.21 ± 0.02) for the cross-disorder phenotype. Although no individual loci reached genome-wide significance, the cross-disorder phenotype showed strong positive genetic correlations with other psychiatric phenotypes (e.g., bipolar disorder, schizophrenia, neuroticism) and negative correlations with metabolic phenotypes (e.g., BMI, triglycerides). Follow-up analyses revealed that although AN and OCD overlap heavily in their shared risk with other psychiatric phenotypes, the relationship with metabolic and anthropometric traits is markedly stronger for AN than for OCD. We further tested whether shared genetic risk for AN/OCD was associated with particular tissue or cell-type gene expression patterns and found that the basal ganglia and medium spiny neurons were most enriched for AN/OCD risk, consistent with neurobiological findings for both disorders. Our results confirm and extend genetic epidemiological findings of shared risk between AN and OCD and suggest that larger GWASs are warranted.