The CommonMind Consortium sequenced RNA from dorsolateral prefrontal cortex of subjects with schizophrenia (N = 258) and control subjects (N = 279), creating a resource of gene expression and its genetic regulation. Using this resource, they found that ∼20% of schizophrenia loci have variants that may contribute to altered gene expression and liability. Over 100 genetic loci harbor schizophrenia-associated variants, yet how these variants confer liability is uncertain. The CommonMind Consortium sequenced RNA from dorsolateral prefrontal cortex of people with schizophrenia (N = 258) and control subjects (N = 279), creating a resource of gene expression and its genetic regulation. Using this resource, ∼20% of schizophrenia loci have variants that could contribute to altered gene expression and liability. In five loci, only a single gene was involved: FURIN, TSNARE1, CNTN4, CLCN3 or SNAP91. Altering expression of FURIN, TSNARE1 or CNTN4 changed neurodevelopment in zebrafish; knockdown of FURIN in human neural progenitor cells yielded abnormal migration. Of 693 genes showing significant case-versus-control differential expression, their fold changes were ≤ 1.33, and an independent cohort yielded similar results. Gene co-expression implicates a network relevant for schizophrenia. Our findings show that schizophrenia is polygenic and highlight the utility of this resource for mechanistic interpretations of genetic liability for brain diseases.

We used a collection of 708 prospectively collected autopsied brains to assess the methylation state of the brain's DNA in relation to Alzheimer's disease (AD). We found that the level of methylation at 71 of the 415,848 interrogated CpGs was significantly associated with the burden of AD pathology, including CpGs in the ABCA7 and BIN1 regions, which harbor known AD susceptibility variants. We validated 11 of the differentially methylated regions in an independent set of 117 subjects. Furthermore, we functionally validated these CpG associations and identified the nearby genes whose RNA expression was altered in AD: ANK1, CDH23, DIP2A, RHBDF2, RPL13, SERPINF1 and SERPINF2. Our analyses suggest that these DNA methylation changes may have a role in the onset of AD given that we observed them in presymptomatic subjects and that six of the validated genes connect to a known AD susceptibility gene network.

Genome-wide association studies have identified CD33 as an Alzheimer's disease susceptibility locus. Here, the authors show that the CD33 risk allele is associated with altered myeloid function, microglial activation and in vivo amyloid pathology. In our functional dissection of the CD33 Alzheimer's disease susceptibility locus, we found that the rs3865444C risk allele was associated with greater cell surface expression of CD33 in the monocytes (t50 = 10.06, Pjoint = 1.3 × 10−13) of young and older individuals. It was also associated with diminished internalization of amyloid-β 42 peptide, accumulation of neuritic amyloid pathology and fibrillar amyloid on in vivo imaging, and increased numbers of activated human microglia.

Immunogenetic Variation Many genetic variants have been implicated in disease but their effects in function across tissues and cell-types remain to be resolved. Raj et al. (p. 519 ) present an analysis of expression quantative trait loci (eQTL) measuring messenger RNA levels and examined correlations between genotypes and gene expression in purified monocytes and T cells in healthy individuals of European, African, and Asian descent. Most, but not all, of the eQTLs and their effects on expression were shared between the populations, as well as a substantial proportion between the cell types. Links were found with disease-associated variants and loci that previous genome-wide analyses have implicated in neurodegenerative and autoimmune diseases.

The genetic basis of gene expression variation has long been studied with the aim to understand the landscape of regulatory variants, but also more recently to assist in the interpretation and elucidation of disease signals. To date, many studies have looked in specific tissues and population-based samples, but there has been limited assessment of the degree of inter-population variability in regulatory variation. We analyzed genome-wide gene expression in lymphoblastoid cell lines from a total of 726 individuals from 8 global populations from the HapMap3 project and correlated gene expression levels with HapMap3 SNPs located in cis to the genes. We describe the influence of ancestry on gene expression levels within and between these diverse human populations and uncover a non-negligible impact on global patterns of gene expression. We further dissect the specific functional pathways differentiated between populations. We also identify 5,691 expression quantitative trait loci (eQTLs) after controlling for both non-genetic factors and population admixture and observe that half of the cis-eQTLs are replicated in one or more of the populations. We highlight patterns of eQTL-sharing between populations, which are partially determined by population genetic relatedness, and discover significant sharing of eQTL effects between Asians, European-admixed, and African subpopulations. Specifically, we observe that both the effect size and the direction of effect for eQTLs are highly conserved across populations. We observe an increasing proximity of eQTLs toward the transcription start site as sharing of eQTLs among populations increases, highlighting that variants close to TSS have stronger effects and therefore are more likely to be detected across a wider panel of populations. Together these results offer a unique picture and resource of the degree of differentiation among human populations in functional regulatory variation and provide an estimate for the transferability of complex trait variants across populations.

Immune Variation It is difficult to determine the mechanistic consequences of context-dependent genetic variants, some of which may be related to disease (see the Perspective by Gregersen ). Two studies now report on the effects of stimulating immunological monocytes and dendritic cells with proteins that can elicit a response to bacterial or viral infection and assess the functional links between genetic variants and profiles of gene expression. M. N. Lee et al. ( 10.1126/science.1246980 ) analyzed the expression of more than 400 genes, in dendritic cells from 534 healthy subjects, which revealed how expression quantitative trait loci (eQTLs) affect gene expression within the interferon-β and the Toll-like receptor 3 and 4 pathways. Fairfax et al. ( 10.1126/science.1246949 ) performed a genome-wide analysis to show that many eQTLs affected monocyte gene expression in a stimulus- or time-specific manner.

A genome-wide survival analysis of 14,406 Alzheimer's disease (AD) cases and 25,849 controls identified eight previously reported AD risk loci and 14 novel loci associated with age at onset. Linkage disequilibrium score regression of 220 cell types implicated the regulation of myeloid gene expression in AD risk. The minor allele of rs1057233 (G), within the previously reported CELF1 AD risk locus, showed association with delayed AD onset and lower expression of SPI1 in monocytes and macrophages. SPI1 encodes PU.1, a transcription factor critical for myeloid cell development and function. AD heritability was enriched within the PU.1 cistrome, implicating a myeloid PU.1 target gene network in AD. Finally, experimentally altered PU.1 levels affected the expression of mouse orthologs of many AD risk genes and the phagocytic activity of mouse microglial cells. Our results suggest that lower SPI1 expression reduces AD risk by regulating myeloid gene expression and cell function.

Here we use deep sequencing to identify sources of variation in mRNA splicing in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) of 450 subjects from two aging cohorts. Hundreds of aberrant pre-mRNA splicing events are reproducibly associated with Alzheimer’s disease. We also generate a catalog of splicing quantitative trait loci (sQTL) effects: splicing of 3,006 genes is influenced by genetic variation. We report that altered splicing is the mechanism for the effects of the PICALM, CLU and PTK2B susceptibility alleles. Furthermore, we performed a transcriptome-wide association study and identified 21 genes with significant associations with Alzheimer’s disease, many of which are found in known loci, whereas 8 are in novel loci. These results highlight the convergence of old and new genes associated with Alzheimer’s disease in autophagy–lysosomal-related pathways. Overall, this study of the transcriptome of the aging brain provides evidence that dysregulation of mRNA splicing is a feature of Alzheimer’s disease and is, in some cases, genetically driven. Analysis of mRNA splicing in the dorsolateral prefrontal cortex from two cohorts established to study aging identifies variations in pre-mRNA splicing events that are associated with Alzheimer’s disease.

Type 1 interferon (IFN) is a key mediator of organismal responses to pathogens, eliciting prototypical "interferon signature genes" that encode antiviral and inflammatory mediators. For a global view of IFN signatures and regulatory pathways, we performed gene expression and chromatin analyses of the IFN-induced response across a range of immunocyte lineages. These distinguished ISGs by cell-type specificity, kinetics, and sensitivity to tonic IFN and revealed underlying changes in chromatin configuration. We combined 1,398 human and mouse datasets to computationally infer ISG modules and their regulators, validated by genetic analysis in both species. Some ISGs are controlled by Stat1/2 and Irf9 and the ISRE DNA motif, but others appeared dependent on non-canonical factors. This regulatory framework helped to interpret JAK1 blockade pharmacology, different clusters being affected under tonic or IFN-stimulated conditions, and the IFN signatures previously associated with human diseases, revealing unrecognized subtleties in disease footprints, as affected by human ancestry.

Abstract Microglial cells have emerged as potential key players in brain aging and pathology. To capture the heterogeneity of microglia across ages and regions, and to understand how genetic risk for neurological and psychiatric brain disorders is related to microglial function, large transcriptome studies are essential. Here, we describe the transcriptome analysis of 255 primary human microglia samples isolated at autopsy from multiple brain regions of 100 human subjects. We performed systematic analyses to investigate various aspects of microglial heterogeneities, including brain region, age and sex. We mapped expression and splicing quantitative trait loci and showed that many neurological disease susceptibility loci are mediated through gene expression or splicing in microglia. Fine-mapping of these loci nominated candidate causal variants that are within microglia-specific enhancers, including novel associations with microglia expression of USP6NL for Alzheimer’s disease, and P2RY12 for Parkinson’s disease. In summary, we have built the most comprehensive catalog to date of genetic effects on the microglia transcriptome and propose molecular mechanisms of action of candidate functional variants in several neurological and psychiatric diseases.