Abstract Upstream open reading frames (uORFs) are important tissue-specific cis -regulators of protein translation. Although isolated case reports have shown that variants that create or disrupt uORFs can cause disease, genetic sequencing approaches typically focus on protein-coding regions and ignore these variants. Here, we describe a systematic genome-wide study of variants that create and disrupt human uORFs, and explore their role in human disease using 15,708 whole genome sequences collected by the Genome Aggregation Database (gnomAD) project. We show that 14,897 variants that create new start codons upstream of the canonical coding sequence (CDS), and 2,406 variants disrupting the stop site of existing uORFs, are under strong negative selection. Furthermore, variants creating uORFs that overlap the CDS show signals of selection equivalent to coding loss-of-function variants, and uORF-perturbing variants are under strong selection when arising upstream of known disease genes and genes intolerant to loss-of-function variants. Finally, we identify specific genes where perturbation of uORFs is likely to represent an important disease mechanism, and report a novel uORF frameshift variant upstream of NF2 in families with neurofibromatosis. Our results highlight uORF-perturbing variants as an important and under-recognised functional class that can contribute to penetrant human disease, and demonstrate the power of large-scale population sequencing data to study the deleteriousness of specific classes of non-coding variants.

Analyzing 5770 all-cause cirrhosis cases and 572,850 controls from seven cohorts, we identify a missense variant in the Mitochondrial Amidoxime Reducing Component 1 gene ( MARC1 p.A165T) that associates with protection from all-cause cirrhosis (OR 0.88, p=2.1*10 −8 ). This same variant also associates with lower levels of hepatic fat on computed tomographic imaging and lower odds of physician-diagnosed fatty liver as well as lower blood levels of alanine transaminase (−0.012 SD, 1.4*10 −8 ), alkaline phosphatase (−0.019 SD, 6.6*10 −9 ), total cholesterol (−0.037 SD, p=1*10 −18 ) and LDL cholesterol (−0.035 SD, p=7.3*10 −16 ). Carriers of rare protein-truncating variants in MARC1 had lower liver enzyme levels, cholesterol levels, and reduced odds of liver disease (OR 0.19, p= 0.04) suggesting that deficiency of the MARC1 enzyme protects against cirrhosis.

Abstract Large-scale gene sequencing studies for complex traits have the potential to identify causal genes with therapeutic implications. We performed gene-based association testing of blood lipid levels with rare (minor allele frequency<1%) predicted damaging coding variation using sequence data from >170,000 individuals from multiple ancestries: 97,493 European, 30,025 South Asian, 16,507 African, 16,440 Hispanic/Latino, 10,420 East Asian, and 1,182 Samoan. We identified 35 genes associated with circulating lipid levels. Ten of these: ALB , SRSF2 , JAK2, CREB3L3 , TMEM136 , VARS , NR1H3 , PLA2G12A , PPARG and STAB1 have not been implicated for lipid levels using rare coding variation in population-based samples. We prioritize 32 genes identified in array-based genome-wide association study (GWAS) loci based on gene-based associations, of which three: EVI5, SH2B3 , and PLIN1 , had no prior evidence of rare coding variant associations. Most of the associated genes showed evidence of association in multiple ancestries. Also, we observed an enrichment of gene-based associations for low-density lipoprotein cholesterol drug target genes, and for genes closest to GWAS index single nucleotide polymorphisms (SNP). Our results demonstrate that gene-based associations can be beneficial for drug target development and provide evidence that the gene closest to the array-based GWAS index SNP is often the functional gene for blood lipid levels.

Abstract Aims The ability to be physically active is pivotal to the quality of life in elderly patients. This study aims to describe the association between exercise capacity and health-related quality of life (HRQoL), anxiety, and depression following an exercise-based cardiac rehabilitation (CR) programme in elderly cardiac patients. Methods and results Patients aged ≥65 years with acute and chronic coronary syndrome or heart valve surgery were consecutively included from eight CR centres in seven European countries. Exercise capacity [VO2peak(mL/kg/min)] was assessed with a cardiopulmonary exercise test (97%) or a 6-min walk test. Outcome variables included HRQoL [36-item Short-Form Health Survey physical and mental component scores (PCS and MCS)], anxiety (Generalized Anxiety Disorder-7), and depression (Patient Health Questionnaire-9). Mixed models were used to address the association between baseline and the development in VO2peak, and outcome variables stratified on sex, and adjusted for baseline values, age, and CR centre. A total of 1633 patients were included (T0), 1523 (93%) completed end-of-CR assessment (T1), and 1457 (89%) were available for 1-year follow-up (T2). Women had higher percentage of predicted VO2peak but poorer scores in HRQoL, anxiety, and depression at all time points. All scores improved in both sexes at follow-up. We found significant associations between VO2peak at baseline as well as development in VO2peak and all outcome variables at T1 and T2 in men (all P &lt; 0.001). In women, VO2peak was only associated with PCSs (P &lt; 0.001). Conclusion Improvements in exercise capacity were strongly associated with improvements in HRQoL and mental health, however, with stronger associations in men. The results highlight the importance of physical fitness for HRQol and mental health. The findings from this study might be useful to better target individual CR programmes.

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.

Background Familial sitosterolemia is a rare, recessive Mendelian disorder characterized by hyperabsorption and decreased biliary excretion of dietary sterols. Affected individuals typically have complete genetic deficiency – homozygous loss-of-function (LoF) variants — in the ATP-binding cassette transporter G5 ( ABCG5 ) or G8 ( ABCG8 ) genes, and have substantially elevated plasma sitosterol and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) levels. The impact of partial genetic deficiency of ABCG5 or ABCG8 , as occurs in heterozygous carriers of LoF variants, on LDL-C and risk of coronary artery disease (CAD) has remained uncertain.Methods We first recruited nine sitosterolemia families, identified causative LoF variants in ABCG5 or ABCG8 , and evaluated the associations of these ABCG5 or ABCG8 LoF variants with plasma phytosterols and lipid levels. We next assessed for LoF variants in ABCG5 or ABCG8 in CAD cases (n=29,361) versus controls (n=357,326). We tested the association of rare LoF variants in ABCG5 or ABCG8 with blood lipids and risk for CAD. Rare LoF variants were defined as protein-truncating variants with minor allele frequency less than 0.1% in ABCG5 or ABCG8 .Results In sitosterolemia families, seven pedigrees harbored causative LoF variants in ABCG5 and two pedigrees in ABCG8 . Homozygous LoF variants in either ABCG5 or ABCG8 led to marked elevations in sitosterol and LDL-C. Of those sitosterolemia families, heterozygous carriers of ABCG5 LoF variants exhibited increased sitosterol and LDL-C levels compared to non-carriers. Within the large-scale CAD case-control cohorts, prevalence of rare LoF variants in ABCG5 and in ABCG8 were approximately 0.1% each. ABCG5 heterozygous LoF variant carriers had significantly elevated LDL-C levels (24.7 mg/dL; 95% confidence interval [CI] 14 to 35; P=1.1×10−6), and were at two-fold increased risk of CAD (odds ratio 2.06, 95% CI 1.27 to 3.35; P=0.004). By contrast, ABCG8 heterozygous LoF carrier status was not associated with increased LDL-C or risk of CAD.Conclusions Although familial sitosterolemia is traditionally considered as a recessive disorder, we observed that heterozygous carriers of a LoF variant in ABCG5 had significantly increased sitosterol and LDL-C levels and a two-fold increase in risk of CAD.