The Psychiatric GWAS Consortium Bipolar Disorder Working Group reports a large-scale genome-wide association study of 7,481 individuals with bipolar disorder with replication in 4,493 cases. The Consortium identifies a new susceptibility locus near ODZ4 and replicates a known association near CACNA1C for bipolar disorder. We conducted a combined genome-wide association study (GWAS) of 7,481 individuals with bipolar disorder (cases) and 9,250 controls as part of the Psychiatric GWAS Consortium. Our replication study tested 34 SNPs in 4,496 independent cases with bipolar disorder and 42,422 independent controls and found that 18 of 34 SNPs had P < 0.05, with 31 of 34 SNPs having signals with the same direction of effect (P = 3.8 × 10−7). An analysis of all 11,974 bipolar disorder cases and 51,792 controls confirmed genome-wide significant evidence of association for CACNA1C and identified a new intronic variant in ODZ4. We identified a pathway comprised of subunits of calcium channels enriched in bipolar disorder association intervals. Finally, a combined GWAS analysis of schizophrenia and bipolar disorder yielded strong association evidence for SNPs in CACNA1C and in the region of NEK4-ITIH1-ITIH3-ITIH4. Our replication results imply that increasing sample sizes in bipolar disorder will confirm many additional loci.

Better analytical methods are needed to extract biological meaning from genome-wide association studies (GWAS) of psychiatric disorders. Here the authors take GWAS data from over 60,000 subjects, including patients with schizophrenia, bipolar disorder and major depression, and identify common etiological pathways shared amongst them. Genome-wide association studies (GWAS) of psychiatric disorders have identified multiple genetic associations with such disorders, but better methods are needed to derive the underlying biological mechanisms that these signals indicate. We sought to identify biological pathways in GWAS data from over 60,000 participants from the Psychiatric Genomics Consortium. We developed an analysis framework to rank pathways that requires only summary statistics. We combined this score across disorders to find common pathways across three adult psychiatric disorders: schizophrenia, major depression and bipolar disorder. Histone methylation processes showed the strongest association, and we also found statistically significant evidence for associations with multiple immune and neuronal signaling pathways and with the postsynaptic density. Our study indicates that risk variants for psychiatric disorders aggregate in particular biological pathways and that these pathways are frequently shared between disorders. Our results confirm known mechanisms and suggest several novel insights into the etiology of psychiatric disorders.

Autism is a childhood neurodevelopmental disorder with a strong genetic component, yet the identification of autism susceptibility loci remains elusive. We investigated 180 autism probands and 372 control subjects by array comparative genomic hybridization (aCGH) using a 19K whole-genome tiling path bacterial artificial chromosome microarray to identify submicroscopic chromosomal rearrangements specific to autism. We discovered a recurrent 16p11.2 microdeletion in two probands with autism and none in controls. The deletion spans ∼500-kb and is flanked by ∼147-kb segmental duplications (SDs) that are >99% identical, a common characteristic of genomic disorders. We assessed the frequency of this new autism genomic disorder by screening an additional 532 probands and 465 controls by quantitative PCR and identified two more patients but no controls with the microdeletion, indicating a combined frequency of 0.6% (4/712 autism versus 0/837 controls; Fisher exact test P = 0.044). We confirmed all 16p11.2 deletions using fluorescence in situ hybridization, microsatellite analyses and aCGH, and mapped the approximate deletion breakpoints to the edges of the flanking SDs using a custom-designed high-density oligonucleotide microarray. Bioinformatic analysis localized 12 of the 25 genes within the microdeletion to nodes in one interaction network. We performed phenotype analyses and found no striking features that distinguish patients with the 16p11.2 microdeletion as a distinct autism subtype. Our work reports the first frequency, breakpoint, bioinformatic and phenotypic analyses of a de novo 16p11.2 microdeletion that represents one of the most common recurrent genomic disorders associated with autism to date.

Schizophrenia and bipolar disorder are two distinct diagnoses that share symptomology. Understanding the genetic factors contributing to the shared and disorder-specific symptoms will be crucial for improving diagnosis and treatment. In genetic data consisting of 53,555 cases (20,129 bipolar disorder [BD], 33,426 schizophrenia [SCZ]) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci implicating synaptic and neuronal pathways shared between disorders. Comparing SCZ to BD (23,585 SCZ, 15,270 BD) identified four genomic regions including one with disorder-independent causal variants and potassium ion response genes as contributing to differences in biology between the disorders. Polygenic risk score (PRS) analyses identified several significant correlations within case-only phenotypes including SCZ PRS with psychotic features and age of onset in BD. For the first time, we discover specific loci that distinguish between BD and SCZ and identify polygenic components underlying multiple symptom dimensions. These results point to the utility of genetics to inform symptomology and potential treatment.

The expression microarray is a frequently used approach to study gene expression on a genome-wide scale. However, the data produced by the thousands of microarray studies published annually are confounded by “batch effects,” the systematic error introduced when samples are processed in multiple batches. Although batch effects can be reduced by careful experimental design, they cannot be eliminated unless the whole study is done in a single batch. A number of programs are now available to adjust microarray data for batch effects prior to analysis. We systematically evaluated six of these programs using multiple measures of precision, accuracy and overall performance. ComBat, an Empirical Bayes method, outperformed the other five programs by most metrics. We also showed that it is essential to standardize expression data at the probe level when testing for correlation of expression profiles, due to a sizeable probe effect in microarray data that can inflate the correlation among replicates and unrelated samples.

Bipolar disorder (BD) is a genetically complex mental illness characterized by severe oscillations of mood and behavior. Genome-wide association studies (GWAS) have identified several risk loci that together account for a small portion of the heritability. To identify additional risk loci, we performed a two-stage meta-analysis of >9 million genetic variants in 9,784 bipolar disorder patients and 30,471 controls, the largest GWAS of BD to date. In this study, to increase power we used ~2,000 lithium-treated cases with a long-term diagnosis of BD from the Consortium on Lithium Genetics, excess controls, and analytic methods optimized for markers on the X-chromosome. In addition to four known loci, results revealed genome-wide significant associations at two novel loci: an intergenic region on 9p21.3 (rs12553324, p = 5.87×10-9; odds ratio = 1.12) and markers within ERBB2 (rs2517959, p = 4.53×10-9; odds ratio = 1.13). No significant X-chromosome associations were detected and X-linked markers explained very little BD heritability. The results add to a growing list of common autosomal variants involved in BD and illustrate the power of comparing well-characterized cases to an excess of controls in GWAS.

Schizophrenia, Schizoaffective, and Bipolar Disorders share common illness traits, intermediate phenotypes and a partially overlapping polygenic basis. We performed GWAS on deep phenotyping data, including structural MRI and DTI, clinical, and behavioral scales from 1,115 cases and controls. Significant associations were observed with two cerebrospinal fluid volumes: the temporal horn of left lateral ventricle was associated with NRXN1, and the volume of the cavum septum pellucidum was associated with LRP1B and RORA. Both volumes were associated with illness. Suggestive associations were observed with local gyrification indices, fractional anisotropy and age at onset. This is the first report of common genetic variants associated with these intermediate phenotypes.

Schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BD) are highly heritable disorders that share a significant proportion of common risk variation. Understanding the genetic factors underlying the specific symptoms of these disorders will be crucial for improving diagnosis, intervention and treatment. In case-control data consisting of 53,555 cases (20,129 BD, 33,426 SCZ) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci (GWS) when comparing all cases to controls, of which 41 represented novel findings. Two genome-wide significant loci were identified when comparing SCZ to BD and a third was found when directly incorporating functional information. Regional joint association identified a genomic region of overlapping association in BD and SCZ with disease-independent causal variants indicating a fourth region contributing to differences between these disorders. Regional SNP-heritability analyses demonstrated that the estimated heritability of BD based on the SCZ GWS regions was significantly higher than that based on the average genomic region (91 regions, p = 1.2x10-6) while the inverse was not significant (19 regions, p=0.89). Using our BD and SCZ GWAS we calculated polygenic risk scores and identified several significant correlations with: 1) SCZ subphenotypes: negative symptoms (SCZ, p=3.6x10-6) and manic symptoms (BD, p=2x10-5), 2) BD subphenotypes: psychotic features (SCZ p=1.2x10-10, BD p=5.3x10-5) and age of onset (SCZ p=7.9x10-4). Finally, we show that psychotic features in BD has significant SNP-heritability (h2snp=0.15, SE=0.06), and a significant genetic correlation with SCZ (rg=0.34) in addition there is a significant sign test result between SCZ GWAS and a GWAS of BD cases contrasting those with and without psychotic features (p=0.0038, one-side binomial test). For the first time, we have identified specific loci pointing to a potential role of 4 genes (DARS2, ARFGEF2, DCAKD and GATAD2A) that distinguish between BD and SCZ, providing an opportunity to understand the biology contributing to clinical differences of these disorders. Our results provide the best evidence so far of genomic components distinguishing between BD and SCZ that contribute directly to specific symptom dimensions.

Bipolar disorder is a highly heritable psychiatric disorder that features episodes of mania and depression. We performed the largest genome-wide association study to date, including 20,352 cases and 31,358 controls of European descent, with follow-up analysis of 822 sentinel variants at loci with P<1x10-4 in an independent sample of 9,412 cases and 137,760 controls. In the combined analysis, 30 loci reached genome-wide significant evidence for association, of which 20 were novel. These significant loci contain genes encoding ion channels and neurotransmitter transporters (CACNA1C, GRIN2A, SCN2A, SLC4A1), synaptic components (RIMS1, ANK3), immune and energy metabolism components. Bipolar disorder type I (depressive and manic episodes; ~73% of our cases) is strongly genetically correlated with schizophrenia whereas bipolar disorder type II (depressive and hypomanic episodes; ~17% of our cases) is more strongly correlated with major depressive disorder. These findings address key clinical questions and provide potential new biological mechanisms for bipolar disorder.