Abstract Biological ageing estimators derived from DNA methylation (DNAm) data are heritable and correlate with morbidity and mortality. Leveraging DNAm and SNP data from >41,000 individuals, we identify 137 genome-wide significant loci (113 novel) from meta-analyses of four epigenetic clocks and epigenetic surrogate markers for granulocyte proportions and plasminogen activator inhibitor 1 levels, respectively. We report strong genetic correlations with longevity and lifestyle factors such as smoking, education, and obesity. Significant associations are observed in polygenic risk score analysis and to a lesser extent in Mendelian randomization analyses. This study illuminates the genetic architecture underlying epigenetic ageing and its shared genetic contributions with lifestyle factors and longevity.

Circulating cardiac troponin proteins are associated with structural heart disease and predict incident cardiovascular disease in the general population. However, the genetic contribution to cardiac troponin I (cTnI) concentrations and its causal effect on cardiovascular phenotypes are unclear. We combine data from two large population-based studies, the Trøndelag Health Study and the Generation Scotland Scottish Family Health Study, and perform a genome-wide association study of high-sensitivity cTnI concentrations with 48 115 individuals. We further use two-sample Mendelian randomization to investigate the causal effects of circulating cTnI on acute myocardial infarction (AMI) and heart failure (HF). We identified 12 genetic loci (8 novel) associated with cTnI concentrations. Associated protein-altering variants highlighted putative functional genes: CAND2, HABP2, ANO5, APOH, FHOD3, TNFAIP2, KLKB1 and LMAN1. Phenome-wide association tests in 1688 phecodes and 83 continuous traits in UK Biobank showed associations between a genetic risk score for cTnI and cardiac arrhythmias, metabolic and anthropometric measures. Using two-sample Mendelian randomization, we confirmed the non-causal role of cTnI in AMI (5948 cases, 355 246 controls). We found indications for a causal role of cTnI in HF (47 309 cases and 930 014 controls), but this was not supported by secondary analyses using left ventricular mass as outcome (18 257 individuals). Our findings clarify the biology underlying the heritable contribution to circulating cTnI and support cTnI as a non-causal biomarker for AMI in the general population. Using genetically informed methods for causal inference helps inform the role and value of measuring cTnI in the general population.

Abstract Alcohol consumption has been linked to over 200 diseases and is responsible for over 5% of the global disease burden. Well known genetic variants in alcohol metabolizing genes, e.g. ALDH2, ADH1B, are strongly associated with alcohol consumption but have limited impact in European populations where they are found at low frequency. We performed a genome-wide association study (GWAS) of self-reported alcohol consumption in 112,117 individuals in the UK Biobank (UKB) sample of white British individuals. We report significant genome-wide associations at 8 independent loci. These include SNPs in alcohol metabolizing genes ( ADH1B/ADH1C/ADH5 ) and 2 loci in KLB, a gene recently associated with alcohol consumption. We also identify SNPs at novel loci including GCKR, PXDN, CADM2 and TNFRSF11A. Gene-based analyses found significant associations with genes implicated in the neurobiology of substance use ( CRHR1, DRD2 ), and genes previously associated with alcohol consumption ( AUTS2 ). GCTA-GREML analyses found a significant SNP-based heritability of self-reported alcohol consumption of 13% (S.E.=0.01). Sex-specific analyses found largely overlapping GWAS loci and the genetic correlation between male and female alcohol consumption was 0.73 (S.E.=0.09, p-value = 1.37 x 10 −16 ). Using LD score regression, genetic overlap was found between alcohol consumption and schizophrenia (rG=0.13, S.E=0.04), HDL cholesterol (rG=0.21, S.E=0.05), smoking (rG=0.49, S.E=0.06) and various anthropometric traits (e.g. Overweight, rG=-0.19, S.E.=0.05). This study replicates the association between alcohol consumption and alcohol metabolizing genes and KLB , and identifies 4 novel gene associations that should be the focus of future studies investigating the neurobiology of alcohol consumption.

Abstract Alzheimer’s disease (AD) is a public health priority for the 21 st century. Risk reduction currently revolves around lifestyle changes with much research trying to elucidate the biological underpinnings. Using self-report of parental history of Alzheimer’s dementia for case ascertainment in a genome-wide association study of over 300,000 participants from UK Biobank (32,222 maternal cases, 16,613 paternal cases) and meta-analysing with published consortium data (n=74,046 with 25,580 cases across the discovery and replication analyses), six new AD-associated loci (P<5x10 −8 ) are identified. Three contain genes relevant for AD and neurodegeneration: ADAM10, ADAMTS4, and ACE . Suggestive loci include drug targets such as VKORC1 (warfarin dose) and BZRAP1 (benzodiazepine receptor). We report evidence that association of SNPs and AD at the PVR gene is potentially mediated by both gene expression and DNA methylation in the prefrontal cortex. Our discovered loci may help to elucidate the biological mechanisms underlying AD and, given that many are existing drug targets for other diseases and disorders, warrant further exploration for potential precision medicine applications.

Abstract Pedigree-based analyses of intelligence have reported that genetic differences account for 50-80% of the phenotypic variation. For personality traits these effects are smaller, with 34-48% of the variance being explained by genetic differences. However, molecular genetic studies using unrelated individuals typically report a heritability estimate of around 30% for intelligence and between 0% and 15% for personality variables. Pedigree-based estimates and molecular genetic estimates may differ because current genotyping platforms are poor at tagging causal variants, variants with low minor allele frequency, copy number variants, and structural variants. Using ∼20 000 individuals in the Generation Scotland family cohort genotyped for ∼700 000 single nucleotide polymorphisms (SNPs), we exploit the high levels of linkage disequilibrium (LD) found in members of the same family to quantify the total effect of genetic variants that are not tagged in GWASs of unrelated individuals. In our models, genetic variants in low LD with genotyped SNPs explain over half of the genetic variance in intelligence, education, and neuroticism. By capturing these additional genetic effects our models closely approximate the heritability estimates from twin studies for intelligence and education, but not for neuroticism and extraversion. We then replicated our finding using imputed molecular genetic data from unrelated individuals to show that ∼50% of differences in intelligence, and ∼40% of the differences in education, can be explained by genetic effects when a larger number of rare SNPs are included. From an evolutionary genetic perspective, a substantial contribution of rare genetic variants to individual differences in intelligence and education is consistent with mutation-selection balance.

Abstract Reduced lung function predicts mortality and is key to the diagnosis of COPD. In a genome-wide association study in 400,102 individuals of European ancestry, we define 279 lung function signals, one-half of which are new. In combination these variants strongly predict COPD in deeply-phenotyped patient populations. Furthermore, the combined effect of these variants showed generalisability across smokers and never-smokers, and across ancestral groups. We highlight biological pathways, known and potential drug targets for COPD and, in phenome-wide association studies, autoimmune-related and other pleiotropic effects of lung function associated variants. This new genetic evidence has potential to improve future preventive and therapeutic strategies for COPD.

Abstract Glycaemic traits are used to diagnose and monitor type 2 diabetes, and cardiometabolic health. To date, most genetic studies of glycaemic traits have focused on individuals of European ancestry. Here, we aggregated genome-wide association studies in up to 281,416 individuals without diabetes (30% non-European ancestry) with fasting glucose, 2h-glucose post-challenge, glycated haemoglobin, and fasting insulin data. Trans-ancestry and single-ancestry meta-analyses identified 242 loci (99 novel; P <5×10 -8 ), 80% with no significant evidence of between-ancestry heterogeneity. Analyses restricted to European ancestry individuals with equivalent sample size would have led to 24 fewer new loci. Compared to single-ancestry, equivalent sized trans-ancestry fine-mapping reduced the number of estimated variants in 99% credible sets by a median of 37.5%. Genomic feature, gene-expression and gene-set analyses revealed distinct biological signatures for each trait, highlighting different underlying biological pathways. Our results increase understanding of diabetes pathophysiology by use of trans-ancestry studies for improved power and resolution.

ABSTRACT Genomic Copy Number Variants (CNVs) are routinely identified and reported back to patients with neuropsychiatric disorders, but their quantitative effects on essential traits such as cognitive ability are poorly documented. We have recently shown that the effect-size of deletions on cognitive ability can be statistically predicted using measures of intolerance to haploinsufficiency. However, the effect-sizes of duplications remain unknown. It is also unknown if the effect of multigenic CNVs are driven by a few genes intolerant to haploinsufficiency or distributed across tolerant genes as well. Here, we identified all CNVs >50 kilobases in 24,092 individuals from unselected and autism cohorts with assessments of general intelligence. Statistical models used measures of intolerance to haploinsufficiency of genes included in CNVs to predict their effect-size on intelligence. Intolerant genes decrease general intelligence by 0.8 and 2.6 points of IQ when duplicated or deleted, respectively. Effect-sizes showed no heterogeneity across cohorts. Validation analyses demonstrated that models could predict CNV effect-sizes with 78% accuracy. Data on the inheritance of 27,766 CNVs showed that deletions and duplications with the same effect-size on intelligence occur de novo at the same frequency. We estimated that around 10,000 intolerant and tolerant genes negatively affect intelligence when deleted, and less than 2% have large effect-sizes. Genes encompassed in CNVs were not enriched in any GOterms but gene regulation and brain expression were GOterms overrepresented in the intolerant subgroup. Such pervasive effects on cognition may be related to emergent properties of the genome not restricted to a limited number of biological pathways.

Abstract Major depressive disorder and neuroticism share a large genetic basis. We sought to determine whether this shared basis could be decomposed to identify genetic factors that are specific to depression. We analysed two sets of summary statistics from genome-wide association studies of depression (from the Psychiatric Genomics Consortium and 23andMe) and compared them to GWAS of neuroticism (from UK Biobank). First, we used a pairwise GWAS analysis to classify variants as associated with only depression, with only neuroticism, or with both. Second, we estimated partial genetic correlations to test whether the depression’s genetic link with other phenotypes was explained by shared overlap with neuroticism. We found evidence that most genetic variants associated with depression are likely to be shared with neuroticism. The overlapping common genetic variance of depression and neuroticism was negatively genetically correlated with cognitive function and positively genetically correlated with several psychiatric disorders. We found that the genetic contributions unique to depression, and not shared with neuroticism, were correlated with inflammation, cardiovascular disease, and sleep patterns. Our findings demonstrate that, while genetic risk factors for depression are largely shared with neuroticism, there are also non-neuroticism related features of depression that may be useful for further patient or phenotypic stratification.

Abstract SORCS2 is one of five proteins that constitute the Vps10p-domain receptor family. Members of this family play important roles in cellular processes linked to neuronal survival, differentiation and function. Genetic and functional studies implicate SORCS2 in cognitive function, as well as in neurodegenerative and psychiatric disorders. DNA damage and DNA repair deficits are linked to ageing and neurodegeneration, and transient neuronal DNA double-strand breaks (DSBs) also occur as a result of neuronal activity. Here, we report a novel role for SORCS2 in DSB formation. We show that SorCS2 loss is associated with elevated DSB levels in the mouse dentate gyrus and that knocking out SORCS2 in a human neuronal cell line increased Topoisomerase IIβ-dependent DSB formation and reduced neuronal viability. Neuronal stimulation had no impact on levels of DNA breaks in vitro , suggesting that the observed differences may not be the result of aberrant neuronal activity in these cells. Our findings are consistent with studies linking the VPS10 receptors and DNA damage to neurodegenerative conditions.