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.

Major depressive disorder (MDD) is a notably complex illness with a lifetime prevalence of 14%. 1 It is often chronic or recurrent and is thus accompanied by considerable morbidity, excess mortality, substantial costs, and heightened risk of suicide. 2-7 MDD is a major cause of disability worldwide. 8 We conducted a genome-wide association (GWA) meta-analysis in 130,664 MDD cases and 330,470 controls, and identified 44 independent loci that met criteria for statistical significance. We present extensive analyses of these results which provide new insights into the nature of MDD. The genetic findings were associated with clinical features of MDD, and implicated prefrontal and anterior cingulate cortex in the pathophysiology of MDD (regions exhibiting anatomical differences between MDD cases and controls). Genes that are targets of antidepressant medications were strongly enriched for MDD association signals (P=8.5x10-10), suggesting the relevance of these findings for improved pharmacotherapy of MDD. Sets of genes involved in gene splicing and in creating isoforms were also enriched for smaller MDD GWA P-values, and these gene sets have also been implicated in schizophrenia and autism. Genetic risk for MDD was correlated with that for many adult and childhood onset psychiatric disorders. Our analyses suggested important relations of genetic risk for MDD with educational attainment, body mass, and schizophrenia: the genetic basis of lower educational attainment and higher body mass were putatively causal for MDD whereas MDD and schizophrenia reflected a partly shared biological etiology. All humans carry lesser or greater numbers of genetic risk factors for MDD, and a continuous measure of risk underlies the observed clinical phenotype. MDD is not a distinct entity that neatly demarcates normalcy from pathology but rather a useful clinical construct associated with a range of adverse outcomes and the end result of a complex process of intertwined genetic and environmental effects. These findings help refine and define the fundamental basis of MDD.

The cerebral cortex underlies our complex cognitive capabilities, yet we know little about the specific genetic loci influencing human cortical structure. To identify genetic variants, including structural variants, impacting cortical structure, we conducted a genome-wide association meta-analysis of brain MRI data from 51,662 individuals. We analysed the surface area and average thickness of the whole cortex and 34 regions with known functional specialisations. We identified 255 nominally significant loci ( P ≤ 5 × 10−8); 199 survived multiple testing correction ( P ≤ 8.3 × 10−10; 187 surface area; 12 thickness). We found significant enrichment for loci influencing total surface area within regulatory elements active during prenatal cortical development, supporting the radial unit hypothesis. Loci impacting regional surface area cluster near genes in Wnt signalling pathways, known to influence progenitor expansion and areal identity. Variation in cortical structure is genetically correlated with cognitive function, Parkinson’s disease, insomnia, depression and ADHD.One Sentence Summary Common genetic variation is associated with inter-individual variation in the structure of the human cortex, both globally and within specific regions, and is shared with genetic risk factors for some neuropsychiatric disorders.

Uterine leiomyomata (UL), also known as uterine fibroids, are the most common neoplasms of the reproductive tract and the primary cause for hysterectomy, leading to considerable impact on women's lives as well as high economic burden. Genetic epidemiologic studies indicate that heritable risk factors contribute to UL pathogenesis. Previous genome-wide association studies (GWAS) identified five loci associated with UL at genome-wide significance (P < 5 x 10-8). We conducted GWAS meta-analysis in 20,406 cases and 223,918 female controls of white European ancestry, identifying 24 genome-wide significant independent loci; 17 replicated in an unrelated cohort of 15,068 additional cases and 43,587 female controls. Aggregation of discovery and replication studies (35,474 cases and 267,505 female controls) revealed six additional significant loci. Interestingly, four of the 17 loci identified and replicated in these analyses have also been associated with risk for endometriosis, another common gynecologic disorder. These findings increase our understanding of the biological mechanisms underlying UL development, and suggest overlapping genetic origins with endometriosis.

Background: Despite established clinical associations among major depression (MD), alcohol dependence (AD), and alcohol consumption (AC), the nature of the causal relationship between them is not completely understood. Methods: This study was conducted using genome-wide data from the Psychiatric Genomics Consortium (MD: 135,458 cases and 344,901 controls; AD: 10,206 cases and 28,480 controls) and UK Biobank (AC-Frequency: from 'daily or almost daily' to 'never', 438,308 individuals; AC-Quantity: total units of alcohol per week, 307,098 individuals). Linkage disequilibrium score regression and Mendelian Randomization (MR) analyses were applied to investigate shared genetic mechanisms (horizontal pleiotropy) and causal relationships (mediated pleiotropy) among these traits. Outcomes: Positive genetic correlation was observed between MD and AD (rgMD-AD=+0.47, P=6.6x10-10). AC-Quantity showed positive genetic correlation with both AD (rgAD-AC-Quantity=+0.75, P=1.8x10-14) and MD (rgMD-AC-Quantity=+0.14, P=2.9x10-7), while there was negative correlation of AC-Frequency with MD (rgMD-AC-Frequency=-0.17, P=1.5x10-10) and a non-significant result with AD. MR analyses confirmed the presence of pleiotropy among these traits. However, the MD-AD results reflect a mediated-pleiotropy mechanism (i.e., causal relationship) with a causal role of MD on AD (beta=0.28, P=1.29x10-6) that does not appear to be biased by confounding such as horizontal pleiotropy. No evidence of reverse causation was observed as the AD genetic instrument did not show a causal effect on MD. Interpretation: Results support a causal role for MD on AD based on genetic datasets including thousands of individuals. Understanding mechanisms underlying MD-AD comorbidity not only addresses important public health concerns but also has the potential to facilitate prevention and intervention efforts.

Birth weight (BW) variation is influenced by fetal and maternal genetic and non-genetic factors, and has been reproducibly associated with future cardio-metabolic health outcomes. These associations have been proposed to reflect the lifelong consequences of an adverse intrauterine environment. In earlier work, we demonstrated that much of the negative correlation between BW and adult cardio-metabolic traits could instead be attributable to shared genetic effects. However, that work and other previous studies did not systematically distinguish the direct effects of an individual's own genotype on BW and subsequent disease risk from indirect effects of their mother's correlated genotype, mediated by the intrauterine environment. Here, we describe expanded genome-wide association analyses of own BW (n=321,223) and offspring BW (n=230,069 mothers), which identified 278 independent association signals influencing BW (214 novel). We used structural equation modelling to decompose the contributions of direct fetal and indirect maternal genetic influences on BW, implicating fetal- and maternal-specific mechanisms. We used Mendelian randomization to explore the causal relationships between factors influencing BW through fetal or maternal routes, for example, glycemic traits and blood pressure. Direct fetal genotype effects dominate the shared genetic contribution to the association between lower BW and higher type 2 diabetes risk, whereas the relationship between lower BW and higher later blood pressure (BP) is driven by a combination of indirect maternal and direct fetal genetic effects: indirect effects of maternal BP-raising genotypes act to reduce offspring BW, but only direct fetal genotype effects (once inherited) increase the offspring's later BP. Instrumental variable analysis using maternal BW-lowering genotypes to proxy for an adverse intrauterine environment provided no evidence that it causally raises offspring BP. In successfully separating fetal from maternal genetic effects, this work represents an important advance in genetic studies of perinatal outcomes, and shows that the association between lower BW and higher adult BP is attributable to genetic effects, and not to intrauterine programming.

The timing of puberty is a highly polygenic childhood trait that is epidemiologically associated with various adult diseases. Here, we analyse 1000-Genome reference panel imputed genotype data on up to ~370,000 women and identify 389 independent signals (all P<5x10-8) for age at menarche, a notable milestone in female pubertal development. In Icelandic data from deCODE, these signals explain ~7.4% of the population variance in age at menarche, corresponding to one quarter of the estimated heritability. We implicate over 250 genes via coding variation or associated gene expression, and demonstrate enrichment across genes active in neural tissues. We identify multiple rare variants near the imprinted genes MKRN3 and DLK1 that exhibit large effects on menarche only when paternally inherited. Disproportionate effects of variants on early or late puberty timing are observed: single variant and heritability estimates are larger for early than late puberty timing in females. The opposite pattern is seen in males, with larger estimates for late than early puberty timing. Mendelian randomization analyses indicate causal inverse associations, independent of BMI, between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women, and prostate cancer in men. In aggregate, our findings reveal new complexity in the genetic regulation of puberty timing and support new causal links with adult cancer risks.

Abstract Estimates from genome-wide association studies (GWAS) represent a combination of the effect of inherited genetic variation (direct effects), demography (population stratification, assortative mating) and genetic nurture from relatives (indirect genetic effects). GWAS using family-based designs can control for demography and indirect genetic effects, but large-scale family datasets have been lacking. We combined data on 159,701 siblings from 17 cohorts to generate population (between-family) and within-sibship (within-family) estimates of genome-wide genetic associations for 25 phenotypes. We demonstrate that existing GWAS associations for height, educational attainment, smoking, depressive symptoms, age at first birth and cognitive ability overestimate direct effects. We show that estimates of SNP-heritability, genetic correlations and Mendelian randomization involving these phenotypes substantially differ when calculated using within-sibship estimates. For example, genetic correlations between educational attainment and height largely disappear. In contrast, analyses of most clinical phenotypes (e.g. LDL-cholesterol) were generally consistent between population and within-sibship models. We also report compelling evidence of polygenic adaptation on taller human height using within-sibship data. Large-scale family datasets provide new opportunities to quantify direct effects of genetic variation on human traits and diseases.

Structural brain changes along the lineage that led to modern Homo sapiens have contributed to our unique cognitive and social abilities. However, the evolutionarily relevant molecular variants impacting key aspects of neuroanatomy are largely unknown. Here, we integrate evolutionary annotations of the genome at diverse timescales with common variant associations from large-scale neuroimaging genetic screens in living humans, to reveal how selective pressures have shaped neocortical surface area. We show that variation within human gained enhancers active in the developing brain is associated with global surface area as well as that of specific regions. Moreover, we find evidence of recent polygenic selection over the past 2,000 years influencing surface area of multiple cortical regions, including those involved in spoken language and visual processing.

Genome-wide association studies (GWAS) of birth weight have focused on fetal genetics, while relatively little is known about how maternal genetic variation influences fetal growth. We aimed to identify maternal genetic variants associated with birth weight that could highlight potentially relevant maternal determinants of fetal growth. We meta-analysed GWAS data on up to 8.7 million SNPs in up to 86,577 women of European descent from the Early Growth Genetics (EGG) Consortium and the UK Biobank. We used structural equation modelling (SEM) and analyses of mother-child pairs to quantify the separate maternal and fetal genetic effects. Maternal SNPs at 10 loci (MTNR1B, HMGA2, SH2B3, KCNAB1, L3MBTL3, GCK, EBF1, TCF7L2, ACTL9 and CYP3A7) showed evidence of association with offspring birth weight at P<5x10-8. The SEM analyses showed at least 7 of the 10 associations were consistent with effects of the maternal genotype acting via the intrauterine environment, rather than via effects of shared alleles with the fetus. Variants, or correlated proxies, at many of the loci had been previously associated with adult traits, including fasting glucose (MTNR1B, GCK and TCF7L2) and sex hormone levels (CYP3A7), and one (EBF1) with gestational duration. The identified associations indicate effects of maternal glucose, cytochrome P450 activity and gestational duration, and potential effects of maternal blood pressure and immune function on fetal growth. Further characterization of these associations, for example in mechanistic and causal analyses, will enhance understanding of the potentially modifiable maternal determinants of fetal growth, with the goal of reducing the morbidity and mortality associated with low and high birth weights.