Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases, but the mechanisms through which ageing confers this risk are largely unknown1. The age-related acquisition of somatic mutations that lead to clonal expansion in regenerating haematopoietic stem cell populations has recently been associated with both haematological cancer2–4 and coronary heart disease5—this phenomenon is termed clonal haematopoiesis of indeterminate potential (CHIP)6. Simultaneous analyses of germline and somatic whole-genome sequences provide the opportunity to identify root causes of CHIP. Here we analyse high-coverage whole-genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the National Heart, Lung, and Blood Institute Trans-omics for Precision Medicine (TOPMed) programme, and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid and inflammatory traits that are specific to different CHIP driver genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants enabled the identification of three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was specific to individuals of African ancestry. In silico-informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus enabled the identification of a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer, resulting in increased self-renewal of haematopoietic stem cells. Overall, we observe that germline genetic variation shapes haematopoietic stem cell function, leading to CHIP through mechanisms that are specific to clonal haematopoiesis as well as shared mechanisms that lead to somatic mutations across tissues. Analysis of 97,691 high-coverage human blood DNA-derived whole-genome sequences enabled simultaneous identification of germline and somatic mutations that predispose individuals to clonal expansion of haematopoietic stem cells, indicating that both inherited and acquired mutations are linked to age-related cancers and coronary heart disease.

Genome-wide association studies (GWASs) implicate the PHACTR1 locus (6p24) in risk for five vascular diseases, including coronary artery disease, migraine headache, cervical artery dissection, fibromuscular dysplasia, and hypertension. Through genetic fine mapping, we prioritized rs9349379, a common SNP in the third intron of the PHACTR1 gene, as the putative causal variant. Epigenomic data from human tissue revealed an enhancer signature at rs9349379 exclusively in aorta, suggesting a regulatory function for this SNP in the vasculature. CRISPR-edited stem cell-derived endothelial cells demonstrate rs9349379 regulates expression of endothelin 1 (EDN1), a gene located 600 kb upstream of PHACTR1. The known physiologic effects of EDN1 on the vasculature may explain the pattern of risk for the five associated diseases. Overall, these data illustrate the integration of genetic, phenotypic, and epigenetic analysis to identify the biologic mechanism by which a common, non-coding variant can distally regulate a gene and contribute to the pathogenesis of multiple vascular diseases.

Familial combined hypolipidemia, a Mendelian condition characterized by substantial reductions in all 3 major lipid fractions, is caused by mutations that inactivate the gene angiopoietin-like 3 (ANGPTL3). Whether ANGPTL3 deficiency reduces risk of coronary artery disease (CAD) is unknown.The study goal was to leverage 3 distinct lines of evidence-a family that included individuals with complete (compound heterozygote) ANGPTL3 deficiency, a population based-study of humans with partial (heterozygote) ANGPTL3 deficiency, and biomarker levels in patients with myocardial infarction (MI)-to test whether ANGPTL3 deficiency is associated with lower risk for CAD.We assessed coronary atherosclerotic burden in 3 individuals with complete ANGPTL3 deficiency and 3 wild-type first-degree relatives using computed tomography angiography. In the population, ANGPTL3 loss-of-function (LOF) mutations were ascertained in up to 21,980 people with CAD and 158,200 control subjects. LOF mutations were defined as nonsense, frameshift, and splice-site variants, along with missense variants resulting in <25% of wild-type ANGPTL3 activity in a mouse model. In a biomarker study, circulating ANGPTL3 concentration was measured in 1,493 people who presented with MI and 3,232 control subjects.The 3 individuals with complete ANGPTL3 deficiency showed no evidence of coronary atherosclerotic plaque. ANGPTL3 gene sequencing demonstrated that approximately 1 in 309 people was a heterozygous carrier for an LOF mutation. Compared with those without mutation, heterozygous carriers of ANGPTL3 LOF mutations demonstrated a 17% reduction in circulating triglycerides and a 12% reduction in low-density lipoprotein cholesterol. Carrier status was associated with a 34% reduction in odds of CAD (odds ratio: 0.66; 95% confidence interval: 0.44 to 0.98; p = 0.04). Individuals in the lowest tertile of circulating ANGPTL3 concentrations, compared with the highest, had reduced odds of MI (adjusted odds ratio: 0.65; 95% confidence interval: 0.55 to 0.77; p < 0.001).ANGPTL3 deficiency is associated with protection from CAD.

Importance

 In observational studies, abdominal adiposity has been associated with type 2 diabetes and coronary heart disease (CHD). Whether these associations represent causal relationships remains uncertain. 

Objective

 To test the association of a polygenic risk score for waist-to-hip ratio (WHR) adjusted for body mass index (BMI), a measure of abdominal adiposity, with type 2 diabetes and CHD through the potential intermediates of blood lipids, blood pressure, and glycemic phenotypes. 

Design, Setting, and Participants

 A polygenic risk score for WHR adjusted for BMI, a measure of genetic predisposition to abdominal adiposity, was constructed with 48 single-nucleotide polymorphisms. The association of this score with cardiometabolic traits, type 2 diabetes, and CHD was tested in a mendelian randomization analysis that combined case-control and cross-sectional data sets. Estimates for cardiometabolic traits were based on a combined data set consisting of summary results from 4 genome-wide association studies conducted from 2007 to 2015, including up to 322 154 participants, as well as individual-level, cross-sectional data from the UK Biobank collected from 2007-2011, including 111 986 individuals. Estimates for type 2 diabetes and CHD were derived from summary statistics of 2 separate genome-wide association studies conducted from 2007 to 2015 and including 149 821 individuals and 184 305 individuals, respectively, combined with individual-level data from the UK Biobank. 

Exposures

 Genetic predisposition to increased WHR adjusted for BMI. 

Main Outcomes and Measures

 Type 2 diabetes and CHD. 

Results

 Among 111 986 individuals in the UK Biobank, the mean age was 57 (SD, 8) years, 58 845 participants (52.5%) were women, and mean WHR was 0.875. Analysis of summary-level genome-wide association study results and individual-level UK Biobank data demonstrated that a 1-SD increase in WHR adjusted for BMI mediated by the polygenic risk score was associated with 27-mg/dL higher triglyceride levels, 4.1-mg/dL higher 2-hour glucose levels, and 2.1–mm Hg higher systolic blood pressure (eachP < .001). A 1-SD genetic increase in WHR adjusted for BMI was also associated with a higher risk of type 2 diabetes (odds ratio, 1.77 [95% CI, 1.57-2.00]; absolute risk increase per 1000 participant-years, 6.0 [95% CI, CI, 4.4-7.8]; number of participants with type 2 diabetes outcome, 40 530) and CHD (odds ratio, 1.46 [95% CI, 1.32-1.62]; absolute risk increase per 1000 participant-years, 1.8 [95% CI, 1.3-2.4]; number of participants with CHD outcome, 66 440). 

Conclusions and Relevance

 A genetic predisposition to higher waist-to-hip ratio adjusted for body mass index was associated with increased risk of type 2 diabetes and coronary heart disease. These results provide evidence supportive of a causal association between abdominal adiposity and these outcomes.

Transcriptome-wide association analysis is a powerful approach to studying the genetic architecture of complex traits. A key component of this approach is to build a model to impute gene expression levels from genotypes by using samples with matched genotypes and gene expression data in a given tissue. However, it is challenging to develop robust and accurate imputation models with a limited sample size for any single tissue. Here, we first introduce a multi-task learning method to jointly impute gene expression in 44 human tissues. Compared with single-tissue methods, our approach achieved an average of 39% improvement in imputation accuracy and generated effective imputation models for an average of 120% more genes. We describe a summary-statistic-based testing framework that combines multiple single-tissue associations into a powerful metric to quantify the overall gene–trait association. We applied our method, called UTMOST (unified test for molecular signatures), to multiple genome-wide-association results and demonstrate its advantages over single-tissue strategies. UTMOST (unified test for molecular signatures) is a method for cross-tissue gene expression imputation for transcriptome-wide association analyses. Cross-tissue TWAS using UTMOST identifies new candidate genes for late-onset Alzheimer’s disease.

Importance

 Recent guidelines endorse using history of menopause before age 40 years to refine atherosclerotic cardiovascular disease risk assessments among middle-aged women. Robust data on cardiovascular disease risk in this population are lacking. 

Objective

 To examine the development of cardiovascular diseases and cardiovascular risk factors in women with natural and surgical menopause before age 40 years. 

Design, Setting, and Participants

 Cohort study (UK Biobank), with adult residents of the United Kingdom recruited between 2006 and 2010. Of women who were 40 to 69 years old and postmenopausal at study enrollment, 144 260 were eligible for inclusion. Follow-up occurred through August 2016. 

Exposures

 Natural premature menopause (menopause before age 40 without oophorectomy) and surgical premature menopause (bilateral oophorectomy before age 40). Postmenopausal women without premature menopause served as the reference group. 

Main Outcomes and Measures

 The primary outcome was a composite of incident coronary artery disease, heart failure, aortic stenosis, mitral regurgitation, atrial fibrillation, ischemic stroke, peripheral artery disease, and venous thromboembolism. Secondary outcomes included individual components of the primary outcome, incident hypertension, hyperlipidemia, and type 2 diabetes. 

Results

 Of 144 260 postmenopausal women included (mean [SD] age at enrollment, 59.9 [5.4] years), 4904 (3.4%) had natural premature menopause and 644 (0.4%) had surgical premature menopause. Participants were followed up for a median of 7 years (interquartile range, 6.3-7.7). The primary outcome occurred in 5415 women (3.9%) with no premature menopause (incidence, 5.70/1000 woman-years), 292 women (6.0%) with natural premature menopause (incidence, 8.78/1000 woman-years) (difference vs no premature menopause, +3.08/1000 woman-years [95% CI, 2.06-4.10];P < .001), and 49 women (7.6%) with surgical premature menopause (incidence, 11.27/1000 woman-years) (difference vs no premature menopause, +5.57/1000 woman-years [95% CI, 2.41-8.73];P < .001). For the primary outcome, natural and surgical premature menopause were associated with hazard ratios of 1.36 (95% CI, 1.19-1.56;P < .001) and 1.87 (95% CI, 1.36-2.58;P < .001), respectively, after adjustment for conventional cardiovascular disease risk factors and use of menopausal hormone therapy. 

Conclusions and Relevance

 Natural and surgical premature menopause (before age 40 years) were associated with a small but statistically significant increased risk for a composite of cardiovascular diseases among postmenopausal women. Further research is needed to understand the mechanisms underlying these associations.

Background: The relative prevalence and clinical importance of monogenic mutations related to familial hypercholesterolemia and of high polygenic score (cumulative impact of many common variants) pathways for early-onset myocardial infarction remain uncertain. Whole-genome sequencing enables simultaneous ascertainment of both monogenic mutations and polygenic score for each individual. Methods: We performed deep-coverage whole-genome sequencing of 2081 patients from 4 racial subgroups hospitalized in the United States with early-onset myocardial infarction (age ≤55 years) recruited with a 2:1 female-to-male enrollment design. We compared these genomes with those of 3761 population-based control subjects. We first identified individuals with a rare, monogenic mutation related to familial hypercholesterolemia. Second, we calculated a recently developed polygenic score of 6.6 million common DNA variants to quantify the cumulative susceptibility conferred by common variants. We defined high polygenic score as the top 5% of the control distribution because this cutoff has previously been shown to confer similar risk to that of familial hypercholesterolemia mutations. Results: The mean age of the 2081 patients presenting with early-onset myocardial infarction was 48 years, and 66% were female. A familial hypercholesterolemia mutation was present in 36 of these patients (1.7%) and was associated with a 3.8-fold (95% CI, 2.1–6.8; P <0.001) increased odds of myocardial infarction. Of the patients with early-onset myocardial infarction, 359 (17.3%) carried a high polygenic score, associated with a 3.7-fold (95% CI, 3.1–4.6; P <0.001) increased odds. Mean estimated untreated low-density lipoprotein cholesterol was 206 mg/dL in those with a familial hypercholesterolemia mutation, 132 mg/dL in those with high polygenic score, and 122 mg/dL in those in the remainder of the population. Although associated with increased risk in all racial groups, high polygenic score demonstrated the strongest association in white participants ( P for heterogeneity=0.008). Conclusions: Both familial hypercholesterolemia mutations and high polygenic score are associated with a >3-fold increased odds of early-onset myocardial infarction. However, high polygenic score has a 10-fold higher prevalence among patients presents with early-onset myocardial infarction. Clinical Trial Registration: URL: https://www.clinicaltrials.gov . Unique identifier: NCT00597922.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection has led to a global health crisis, and yet our understanding of the disease pathophysiology and potential treatment options remains limited. SARS-CoV-2 infection occurs through binding and internalization of the viral spike protein to angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) on the host cell membrane. Lethal complications are caused by damage and failure of vital organs that express high levels of ACE2, including the lungs, the heart and the kidneys. Here, we established a high-throughput drug screening strategy to identify therapeutic candidates that reduce ACE2 levels in human embryonic stem cell (hESC) derived cardiac cells. Drug target analysis of validated hit compounds, including 5 alpha reductase inhibitors, revealed androgen signaling as a key modulator of ACE2 levels. Treatment with the 5 alpha reductase inhibitor dutasteride reduced ACE2 levels and internalization of recombinant spike receptor binding domain (Spike-RBD) in hESC-derived cardiac cells and human alveolar epithelial cells. Finally, clinical data on coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients demonstrated that abnormal androgen states are significantly associated with severe disease complications and cardiac injury as measured by blood troponin T levels. These findings provide important insights on the mechanism of increased disease susceptibility in male COVID-19 patients and identify androgen receptor inhibition as a potential therapeutic strategy.

ABSTRACT Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases; yet the mechanisms by which aging confers this risk are largely unknown. 1 Recently, the age-related acquisition of somatic mutations in regenerating hematopoietic stem cell populations was associated with both hematologic cancer incidence 2–4 and coronary heart disease prevalence. 5 Somatic mutations with leukemogenic potential may confer selective cellular advantages leading to clonal expansion, a phenomenon termed ‘Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential’ (CHIP). 6 Simultaneous germline and somatic whole genome sequence analysis now provides the opportunity to identify root causes of CHIP. Here, we analyze high-coverage whole genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the NHLBI TOPMed program and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid, and inflammatory traits specific to different CHIP genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants identified three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was African ancestry specific. In silico -informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus identified a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer. Aggregates of rare germline loss-of-function variants in CHEK2 , a DNA damage repair gene, predisposed to CHIP acquisition. Overall, we observe that germline genetic variation altering hematopoietic stem cell function and the fidelity of DNA-damage repair increase the likelihood of somatic mutations leading to CHIP.

ABSTRACT Lipoprotein(a), Lp(a), is a modified low-density lipoprotein particle where apolipoprotein(a) (protein product of the LPA gene) is covalently attached to apolipoprotein B. Lp(a) is a highly heritable, causal risk factor for cardiovascular diseases and varies in concentrations across ancestries. To comprehensively delineate the inherited basis for plasma Lp(a), we performed deep-coverage whole genome sequencing in 8,392 individuals of European and African American ancestries. Through whole genome variant discovery and direct genotyping of all structural variants overlapping LPA , we quantified the 5.5kb kringle IV-2 copy number (KIV2-CN), a known LPA structural polymorphism, and developed a model for its imputation. Through common variant analysis, we discovered a novel locus ( SORT1 ) associated with Lp(a)-cholesterol, and also genetic modifiers of KIV2-CN. Furthermore, in contrast to previous GWAS studies, we explain most of the heritability of Lp(a), observing Lp(a) to be 85% heritable among African Americans and 75% among Europeans, yet with notable inter-ethnic heterogeneity. Through analyses of aggregates of rare coding and non-coding variants with Lp(a)-cholesterol, we found the only genome-wide significant signal to be at a non-coding SLC22A3 intronic window also previously described to be associated with Lp(a); however, this association was mitigated by adjustment with KIV2-CN. Finally, using an additional imputation dataset (N=27,344), we performed Mendelian randomization of LPA variant classes, finding that genetically regulated Lp(a) is more strongly associated with incident cardiovascular diseases than directly measured Lp(a), and is significantly associated with measures of subclinical atherosclerosis in African Americans.