Farnesol enhances the amounts of farnesylated PARIS and PGC-1α, preventing dopaminergic neuronal loss in Parkinson’s disease models.

Abstract To study the effect of host genetics on gut microbiome composition, the MiBioGen consortium curated and analyzed genome-wide genotypes and 16S fecal microbiome data from 18,340 individuals (24 cohorts). Microbial composition showed high variability across cohorts: only 9 out of 410 genera were detected in more than 95% samples. A genome-wide association study (GWAS) of host genetic variation in relation to microbial taxa identified 31 loci affecting microbiome at a genome-wide significant (P<5×10 −8 ) threshold. One locus, the lactase ( LCT ) gene locus, reached study-wide significance (GWAS signal P=1.28×10 −20 ), and it showed an age-dependent association with Bifidobacterium abundance. Other associations were suggestive (1.95×10 −10 <P<5×10 −8 ) but enriched for taxa showing high heritability and for genes expressed in the intestine and brain. A phenome-wide association study and Mendelian randomization identified enrichment of microbiome trait loci in the metabolic, nutrition and environment domains and suggested the microbiome has causal effects in ulcerative colitis and rheumatoid arthritis.

ABSTRACT Common SNPs are predicted to collectively explain 40-50% of phenotypic variation in human height, but identifying the specific variants and associated regions requires huge sample sizes. Here we show, using GWAS data from 5.4 million individuals of diverse ancestries, that 12,111 independent SNPs that are significantly associated with height account for nearly all of the common SNP-based heritability. These SNPs are clustered within 7,209 non-overlapping genomic segments with a median size of ~90 kb, covering ~21% of the genome. The density of independent associations varies across the genome and the regions of elevated density are enriched for biologically relevant genes. In out-of-sample estimation and prediction, the 12,111 SNPs account for 40% of phenotypic variance in European ancestry populations but only ~10%-20% in other ancestries. Effect sizes, associated regions, and gene prioritization are similar across ancestries, indicating that reduced prediction accuracy is likely explained by linkage disequilibrium and allele frequency differences within associated regions. Finally, we show that the relevant biological pathways are detectable with smaller sample sizes than needed to implicate causal genes and variants. Overall, this study, the largest GWAS to date, provides an unprecedented saturated map of specific genomic regions containing the vast majority of common height-associated variants.

Summary Hsp104 is an AAA+ protein disaggregase that solubilizes and reactivates proteins trapped in aggregated states. We have engineered potentiated Hsp104 variants to mitigate toxic misfolding of α-synuclein, TDP-43, and FUS implicated in fatal neurodegenerative disorders. Though potent disaggregases, these enhanced Hsp104 variants lack substrate specificity, and can have unfavorable off-target effects. Here, to lessen off-target effects, we engineer substrate-specific Hsp104 variants. By altering Hsp104 pore loops that engage substrate, we disambiguate Hsp104 variants that selectively suppress α-synuclein toxicity but not TDP-43 or FUS toxicity. Remarkably, α-synuclein-specific Hsp104 variants emerge that mitigate α-synuclein toxicity via distinct ATPase-dependent mechanisms, involving α-synuclein disaggregation or detoxification of α-synuclein conformers without disaggregation. Importantly, both types of α-synuclein-specific Hsp104 variant reduce dopaminergic neurodegeneration in a C. elegans model of Parkinson’s disease more effectively than non-specific variants. We suggest that increasing the substrate specificity of enhanced disaggregases could be applied broadly to tailor therapeutics for neurodegenerative disease.

Abstract A major challenge of genome-wide association studies (GWAS) is to translate phenotypic associations into biological insights. Here, we integrate a large GWAS on blood lipids involving 1.6 million individuals from five ancestries with a wide array of functional genomic datasets to discover regulatory mechanisms underlying lipid associations. We first prioritize lipid-associated genes with expression quantitative trait locus (eQTL) colocalizations, and then add chromatin interaction data to narrow the search for functional genes. Polygenic enrichment analysis across 697 annotations from a host of tissues and cell types confirms the central role of the liver in lipid levels, and highlights the selective enrichment of adipose-specific chromatin marks in high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides. Overlapping transcription factor (TF) binding sites with lipid-associated loci identifies TFs relevant in lipid biology. In addition, we present an integrative framework to prioritize causal variants at GWAS loci, producing a comprehensive list of candidate causal genes and variants with multiple layers of functional evidence. Two prioritized genes, CREBRF and RRBP1 , show convergent evidence across functional datasets supporting their roles in lipid biology.

The value of broadening searches for data across multiple repositories has been identified by the biomedical research community. As part of the NIH Big Data to Knowledge initiative, we work with an international community of researchers, service providers and knowledge experts to develop and test a data index and search engine, which are based on metadata extracted from various datasets in a range of repositories. DataMed is designed to be, for data, what PubMed has been for the scientific literature. DataMed supports Findability and Accessibility of datasets. These characteristics - along with Interoperability and Reusability - compose the four FAIR principles to facilitate knowledge discovery in today's big data-intensive science landscape.

The AAA+ protein disaggregase, Hsp104, increases fitness under stress by reversing stress-induced protein aggregation. We have engineered potentiated Hsp104 variants to antagonize proteotoxic misfolding linked to human neurodegenerative diseases. However, these Hsp104 variants can exhibit off-target toxicity, which may limit their therapeutic utility. Hsp104 is conserved among all nonmetazoan eukaryotes, which raises the possibility that natural variants might exist with enhanced, selective activity against neurodegenerative disease substrates. To assess this possibility, we screened a cross-kingdom collection of Hsp104 homologs in several yeast proteotoxicity models. We uncovered therapeutic genetic variation among several Hsp104 homologs that specifically antagonize TDP-43 or alpha-synuclein condensate formation and toxicity in yeast, human cells, and C. elegans. Surprisingly, this variation manifested as increased passive chaperone activity, distinct from disaggregase activity, which neutralizes proteotoxicity of specific substrates. Thus, by exploring natural tuning of passive chaperone activity we elucidated enhanced, substrate-specific agents to counter proteotoxicity underlying neurodegenerative disease.