Naomi Wray and colleagues report an analysis of genome-wide association data sets from the Psychiatric Genomics Consortium for five psychiatric disorders. They find that common variation explains 17–29% of the variance in liability and provide further support for a shared genetic etiology for these related psychiatric disorders. Most psychiatric disorders are moderately to highly heritable. The degree to which genetic variation is unique to individual disorders or shared across disorders is unclear. To examine shared genetic etiology, we use genome-wide genotype data from the Psychiatric Genomics Consortium (PGC) for cases and controls in schizophrenia, bipolar disorder, major depressive disorder, autism spectrum disorders (ASD) and attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). We apply univariate and bivariate methods for the estimation of genetic variation within and covariation between disorders. SNPs explained 17–29% of the variance in liability. The genetic correlation calculated using common SNPs was high between schizophrenia and bipolar disorder (0.68 ± 0.04 s.e.), moderate between schizophrenia and major depressive disorder (0.43 ± 0.06 s.e.), bipolar disorder and major depressive disorder (0.47 ± 0.06 s.e.), and ADHD and major depressive disorder (0.32 ± 0.07 s.e.), low between schizophrenia and ASD (0.16 ± 0.06 s.e.) and non-significant for other pairs of disorders as well as between psychiatric disorders and the negative control of Crohn's disease. This empirical evidence of shared genetic etiology for psychiatric disorders can inform nosology and encourages the investigation of common pathophysiologies for related disorders.

Genome-wide expression profiling is a powerful tool for implicating novel gene ensembles in cellular mechanisms of health and disease. The most popular platform for genome-wide expression profiling is the Affymetrix GeneChip. However, its selection of probes relied on earlier genome and transcriptome annotation which is significantly different from current knowledge. The resultant informatics problems have a profound impact on analysis and interpretation the data. Here, we address these critical issues and offer a solution. We identified several classes of problems at the individual probe level in the existing annotation, under the assumption that current genome and transcriptome databases are more accurate than those used for GeneChip design. We then reorganized probes on more than a dozen popular GeneChips into gene-, transcript- and exon-specific probe sets in light of up-to-date genome, cDNA/EST clustering and single nucleotide polymorphism information. Comparing analysis results between the original and the redefined probe sets reveals ∼30–50% discrepancy in the genes previously identified as differentially expressed, regardless of analysis method. Our results demonstrate that the original Affymetrix probe set definitions are inaccurate, and many conclusions derived from past GeneChip analyses may be significantly flawed. It will be beneficial to re-analyze existing GeneChip data with updated probe set definitions.

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.

Up-regulation of gamma-aminobutyric acidA (GABAA) receptors and decreased GABA uptake in the cerebral cortex of schizophrenics suggest altered GABAergic transmission, which could be caused by primary disturbance of GABA synapses or by decreased production of the transmitter. Decreased production could be due to a shutdown in GABA production or to loss of GABA neurons caused by cell death or their failure to migrate to the cortex during brain development.To discriminate between these possibilities, we quantified levels of messenger RNA (mRNA) for the 67-kd isoform of glutamic acid decarboxylase (GAD), the key enzyme in GABA synthesis, and the number and laminar distribution of GAD mRNA--expressing neurons in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) of schizophrenics and matched controls, using in situ hybridization-histochemistry, densitometry, and cell-counting methods. These data were compared with the total number of neurons, the number of small, round or ovoid neurons 8 to 15 microns in diameter, and overall frontal lobe volume. As a control, mRNA levels for type II calcium-calmodulin-dependent protein kinase (CamIIK) were quantified.Schizophrenics showed a pronounced decrease in GAD mRNA levels in neurons of layer I (40%) and layer II (48%) and an overall 30% decrease in layers III to VI. There were also strong overall reductions in GAD mRNA levels. The CamIIK mRNA levels showed no significant differences between samples. No differences were found in the total number of neurons nor in small, round or ovoid neurons, which should include a majority of the GABA cells. Prefrontal gray and white matter volume did not differ significantly between controls and schizophrenics.The prefrontal cortex of schizophrenics shows reduced expression for GAD in the absence of significant cell loss. This may be brought about by an activity-dependent down-regulation associated with the functional hypoactivity of the DLPFC. The lack of significant alterations in cell numbers in the DLPFC and frontal lobe volume in schizophrenics also implies that overall cortical neuronal migration had not been compromised in development. Previous reports of altered neuronal distribution in the subcortical white matter of schizophrenic brains in comparison with that of controls may indicate disturbances of migration or programmed cell death in the cortical subplate, leading to altered connection formation in the overlying cortex of schizophrenics and activity-dependent down-regulation of neurotransmitter-related gene expression.

In a family study of 1,254 adult relatives of patients and controls, lifetime prevalences of major affective disorder (including schizoaffective) were 37%, 24%, 25%, 20% and 7% in relatives of probands with schizoaffective, bipolar I, bipolar II, and unipolar disease, and normal controls. These data were compatible with the different affective disorders representing thresholds on a continuum of underlying multifactorial vulnerability. In this model, schizoaffective illness represents greatest vulnerability, followed by bipolar I and bipolar II, then unipolar illnesses. Alcoholism, drug abuse, and sociopathy were not more frequent in relatives of patients v relatives of controls. Sex-related transmission of morbid risk was not present. Morbid risk was 74% to offspring of two III parents, and 27% to offspring of one III parent. Nationality and age at time of interview seem to be nongenetic factors that affect frequency of diagnosis.

In an earlier, separate study, the authors found that human aggression and suicide (a specific aggression-related behavior) were associated with lower levels of CSF 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA), a serotonin metabolite. That study focused on subjects with personality disorders without affective illness. In the present study they examine the life history of aggression and history of suicidal behavior in 12 subjects with borderline personality disorders without major affective disorder. Histories of aggressive behaviors and of suicide attempts were significantly associated with each other, and each was significantly associated with lower 5-HIAA levels. Altered serotonin metabolism may be a highly significant contributing factor to these behaviors in whatever diagnostic group they occur.

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.

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.

• Epidemiological and anatomical studies support the theory that disturbances of brain development may play a contributory role in the etiology of schizophrenia. Anatomical findings suggest that the normal pattern of neuronal migration during development of the cerebral cortex may be affected in the brains of schizophrenics, with the implication that cortical connectivity and associative function will be disrupted. In the present investigation in matched schizophrenic and control brains, we examined a particular population of neurons found in the prefrontal cortex and underlying white matter and characterized by histochemical staining for the enzyme nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate—diaphorase. In normal brains, these neurons are found in highest numbers in the white matter immediately deep to layer VI of the cortex where they remain from thesubplate, an early formed, but transitory structure that plays a key role in cortical development and connection formation. The dorsolateral prefrontal area of schizophrenics showed a significant decline in nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate—diaphorase neurons in the superficial white matter and in the overlying cortex but a significant increase in these neurons in white matter deeper than 3 mm from the cortex. These findings are consistent with a disturbance of the subplate during development in which the normal pattern of programmed cell death is compromised and accompanied by a defect in the normal orderly migration of neurons toward the cortical plate. These are likely to have serious consequences for the establishment of a normal pattern of cortical connections leading to a potential breakdown of frontal lobe function in schizophrenics.

Abnormalities in L-glutamic acid (glutamate) and GABA signal transmission have been postulated to play a role in depression, but little is known about the underlying molecular determinants and neural mechanisms. Microarray analysis of specific areas of cerebral cortex from individuals who had suffered from major depressive disorder demonstrated significant down-regulation of SLC1A2 and SLC1A3, two key members of the glutamate/neutral amino acid transporter protein family, SLC1. Similarly, expression of L-glutamate-ammonia ligase, the enzyme that converts glutamate to nontoxic glutamine was significantly decreased. Together, these changes could elevate levels of extracellular glutamate considerably, which is potentially neurotoxic and can affect the efficiency of glutamate signaling. The astroglial distribution of the two glutamate transporters and L-glutamate-ammonia ligase strongly links glia to the pathophysiology of depression and challenges the conventional notion that depression is solely a neuronal disorder. The same cortical areas displayed concomitant up-regulation of several glutamate and GABA(A) receptor subunits, of which GABA(A)alpha1 and GABA(A)beta3 showed selectivity for individuals who had died by suicide, indicating their potential utility as biomarkers of suicidality. These findings point to previously undiscovered molecular underpinnings of the pathophysiology of major depression and offer potentially new pharmacological targets for treating depression.