Abstract Upstream open reading frames (uORFs) are important tissue-specific cis -regulators of protein translation. Although isolated case reports have shown that variants that create or disrupt uORFs can cause disease, genetic sequencing approaches typically focus on protein-coding regions and ignore these variants. Here, we describe a systematic genome-wide study of variants that create and disrupt human uORFs, and explore their role in human disease using 15,708 whole genome sequences collected by the Genome Aggregation Database (gnomAD) project. We show that 14,897 variants that create new start codons upstream of the canonical coding sequence (CDS), and 2,406 variants disrupting the stop site of existing uORFs, are under strong negative selection. Furthermore, variants creating uORFs that overlap the CDS show signals of selection equivalent to coding loss-of-function variants, and uORF-perturbing variants are under strong selection when arising upstream of known disease genes and genes intolerant to loss-of-function variants. Finally, we identify specific genes where perturbation of uORFs is likely to represent an important disease mechanism, and report a novel uORF frameshift variant upstream of NF2 in families with neurofibromatosis. Our results highlight uORF-perturbing variants as an important and under-recognised functional class that can contribute to penetrant human disease, and demonstrate the power of large-scale population sequencing data to study the deleteriousness of specific classes of non-coding variants.

Abstract Schizophrenia is a highly polygenic disorder with important contributions coming from both common and rare risk alleles, the latter including CNVs and rare coding variants (RCVs), sometimes occurring as de novo variants (DNVs). We performed DNV analysis in whole exome-sequencing data obtained from a new sample of 613 schizophrenia trios, and combined this with published data for a total of 3,444 trios. Loss-of-function (LoF) DNVs were significantly enriched among 3,488 LoF intolerant genes in our new trio data (rate ratio (RR) (95% CI) = 2.23 (1.31, 3.79); p = 2.2 × 10 −3 ), supporting previous findings. In the full dataset, genes associated with neurodevelopmental disorders (NDD; n=160) were significantly enriched for LoF DNVs (RR (95% CI) = 3.32 (2.0, 5.21); p = 7.4 × 10 −6 ). Within this set of NDD genes, SLC6A1 , encoding a gamma-aminobutyric acid transporter, was associated with missense-damaging DNVs ( p = 5.2 × 10 −5 ). Using data from a subset of 1,122 trios for which we had genome-wide common variant data, schizophrenia polygenic risk was significantly over-transmitted to probands ( p = 2.6 × 10 −60 ), as was bipolar disorder common variant polygenic risk ( p = 5.7 × 10 −17 ). We defined carriers of candidate schizophrenia-related DNVs as those with LoF or deletion DNVs in LoF intolerant or NDD genes. These individuals had significantly less over-transmission of common risk alleles than non-carriers ( p = 3.5 × 10 −4 ), providing robust support for the hypothesis that this set of DNVs is enriched for those related to schizophrenia.

Abstract Genes enriched for rare disruptive coding variants in schizophrenia overlap those in which disruptive mutations are associated with neurodevelopmental disorders (NDDs), particularly autism spectrum disorders and intellectual disability. However, it is unclear whether this implicates the same specific variants, or even variants with the same functional effects on shared risk genes. Here, we show that de novo mutations in schizophrenia are generally of the same functional category as those that confer risk for NDDs, and that the specific de novo mutations in NDDs are enriched in schizophrenia. These findings indicate that, in part, NDDs and schizophrenia have shared molecular aetiology, and therefore likely overlapping pathophysiology. We also observe pleiotropic effects for variants known to be pathogenic for several syndromic developmental disorders, suggesting that schizophrenia should be included among the phenotypes associated with these mutations. Collectively, our findings support the hypothesis that at least some forms of schizophrenia lie within a continuum of neurodevelopmental disorders.

ABSTRACT Schizophrenia (SCZ) is caused by a complex interplay of polygenic risk and environmental factors, which might alter regulators of gene expression leading to pathogenic mis-expression of SCZ risk genes. The RNA binding protein family CPEB (CPEB1, CPEB2, CPEB3, CPEB4) regulates the translation of target RNAs bearing CPE sequences in their 3’UTR (approximately 40% of overall genes). We previously identified CPEB4 as a key dysregulated translational regulator in autism spectrum disorder (ASD), proving that its neuronal-specific microexon (exon 4) is mis-spliced in brains of ASD probands, leading to concerted underexpression of a plethora of high confidence ASD-risk genes. The genetic and pathogenic mechanisms shared between SCZ and ASD make it plausible that mis-splicing of CPEB4 might occur also in SCZ patients, leading to downstream altered brain expression of multiple SCZ-related genes. In this study, we first analyzed Psychiatric Genomics Consortium GWAS data and found significant enrichment of SCZ-associated genes for CPEB4-binder transcripts. We also found decreased inclusion of CPEB4 microexon in postmortem prefrontal cortex of SCZ probands. This mis-splicing is associated with decreased protein levels of SCZ-associated genes that are targets of CPEB4. Interestingly, this happens specifically in individuals with low exposure to antipsychotic medication. Finally, we show that mild overexpression of a CPEB4 transcript lacking exon 4 (CPEB4Δ4) in mice suffices to induce decreased protein levels of SCZ genes targeted by CPEB4; these mice are also characterized by SCZ-linked behaviors. In summary, this study identifies aberrant CPEB4 splicing and downstream mis-expression of SCZ-risk genes as a novel etiological mechanism in SCZ.

Genomic copy number variants (CNVs) have been strongly implicated in the etiology of schizophrenia (SCZ). However, apart from a small number of risk variants, elucidation of the CNV contribution to risk has been difficult due to the rarity of risk alleles, all occurring in less than 1% of cases. We sought to address this obstacle through a collaborative effort in which we applied a centralized analysis pipeline to a SCZ cohort of 21,094 cases and 20,227 controls. We observed a global enrichment of CNV burden in cases (OR=1.11, P=5.7e-15), which persisted after excluding loci implicated in previous studies (OR=1.07, P=1.7e-6). CNV burden is also enriched for genes associated with synaptic function (OR = 1.68, P = 2.8e-11) and neurobehavioral phenotypes in mouse (OR = 1.18, P= 7.3e-5). We identified genome-wide significant support for eight loci, including 1q21.1, 2p16.3 (NRXN1), 3q29, 7q11.2, 15q13.3, distal 16p11.2, proximal 16p11.2 and 22q11.2. We find support at a suggestive level for nine additional candidate susceptibility and protective loci, which consist predominantly of CNVs mediated by non-allelic homologous recombination (NAHR).

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.

Schizophrenia is a complex highly heritable disorder. Genome-wide association studies have identified multiple loci that influence the risk of developing schizophrenia, although the causal variants driving these associations and their impacts on specific genes are largely unknown. Here we link genetic findings to gene expression in the human brain by performing a transcriptome-wide association study (TWAS) in which we integrate the largest published genome-wide association dataset of schizophrenia, with publically available post mortem expression data from the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). We identify significant correlation between schizophrenia risk and expression at eighty-nine genes in DLPFC, including forty-two genes not identified in earlier TWAS of this transcriptomic resource. Genes whose expression correlate with schizophrenia were enriched for those involved in processes involved in CNS development, synaptic plasticity, and impaired long term potentiation. Previous genetic studies have implicated post-synaptic glutamatergic and gabaergic processes in schizophrenia; here we extend this to include molecules that regulate presynaptic transmitter release. We identify specific candidate genes to which we assign predicted directions of effect in terms of expression level, facilitating downstream experimental studies geared towards a better mechanistic understanding of schizophrenia pathogenesis.

Objective: Over 90% of suicide attempters have a psychiatric diagnosis, however twin and family studies suggest that the genetic etiology of suicide attempt (SA) is partially distinct from that of the psychiatric disorders themselves. Here, we present the largest genome-wide association study (GWAS) on suicide attempt using major depressive disorder (MDD), bipolar disorder (BIP) and schizophrenia (SCZ) cohorts from the Psychiatric Genomics Consortium. Method: Samples comprise 1622 suicide attempters and 8786 non-attempters with MDD, 3264 attempters and 5500 non-attempters with BIP and 1683 attempters and 2946 non-attempters with SCZ. SA GWAS were performed comparing attempters to non-attempters in each disorder followed by meta-analysis across disorders. Polygenic risk scoring investigated the genetic relationship between SA and the psychiatric disorders. Results: Three genome-wide significant loci for SA were found: one associated with SA in MDD, one in BIP, and one in the meta-analysis of SA in mood disorders. These associations were not replicated in independent mood disorder cohorts from the UK Biobank and iPSYCH. Polygenic risk scores for major depression were significantly associated with SA in MDD (P=0.0002), BIP (P=0.0006) and SCZ (P=0.0006). Conclusions: This study provides new information on genetic associations and the genetic etiology of SA across psychiatric disorders. The finding that polygenic risk scores for major depression predict suicide attempt across disorders provide a possible starting point for predictive modelling and preventative strategies. Further collaborative efforts to increase sample size hold potential to robustly identify genetic associations and gain biological insights into the etiology of suicide attempt.

Rare genetic variants may play a prominent role in schizophrenia. We report on the to date largest whole exome sequencing study of schizophrenia case-control samples from related populations and combine with other available sequence data, analysing in total 34,084 individuals (14,302 cases). Three genes showed significant association at FDR < 0.10 ( SETD1A , TAF13 and MKI67 ) and gene-set analyses highlighted the involvement of the synaptome and excitatory neurons, and demonstrated shared architecture with high-functioning autism.

Abstract Humans are thought to be more susceptible to neurodegeneration than equivalently-aged primates. It is not known whether this vulnerability is specific to anatomically-modern humans or shared with other hominids. The contribution of introgressed Neanderthal DNA to neurodegenerative disorders remains uncertain. It is also unclear how common variants associated with neurodegenerative disease risk are maintained by natural selection in the population despite their deleterious effects. In this study, we aimed to quantify the genome-wide contribution of Neanderthal introgression and positive selection to the heritability of complex neurodegenerative disorders to address these questions. We used stratified-linkage disequilibrium score regression to investigate the relationship between five SNP-based signatures of natural selection, reflecting different timepoints of evolution, and genome-wide associated variants of the three most prevalent neurodegenerative disorders: Alzheimer’s disease, amyotrophic lateral sclerosis and Parkinson’s disease. We found no evidence for enrichment of positively-selected SNPs in the heritability of Alzheimer’s disease, amyotrophic lateral sclerosis and Parkinson’s disease,, suggesting that common deleterious disease variants are unlikely to be maintained by positive selection. There was no enrichment of Neanderthal introgression in the SNP-heritability of these disorders, suggesting that Neanderthal admixture is unlikely to have contributed to disease risk. These findings provide insight into the origins of neurodegenerative disorders within the evolution of Homo sapiens and addresses a long-standing debate, showing that Neanderthal admixture is unlikely to have contributed to common genetic risk of neurodegeneration in anatomically-modern humans.