Background Although areal bone mineral density (aBMD) assessed by dual-energy x-ray absorptiometry (DXA) is the clinical standard for determining fracture risk, most older adults who sustain a fracture have T scores greater than −2·5 and thus do not meet the clinical criteria for osteoporosis. Importantly, bone fragility is due to low BMD and deterioration in bone structure. We assessed whether indices of high-resolution peripheral quantitative CT (HR-pQCT) were associated with fracture risk independently of femoral neck aBMD and the Fracture Risk Assessment Tool (FRAX) score. Methods We assessed participants in eight cohorts from the USA (Framingham, Mayo Clinic), France (QUALYOR, STRAMBO, OFELY), Switzerland (GERICO), Canada (CaMos), and Sweden (MrOS). We used Cox proportional hazard ratios (HRs) to estimate the association between HR-pQCT bone indices (per 1 SD of deficit) and incident fracture, adjusting for age, sex, height, weight, and cohort, and then additionally for femoral neck DXA aBMD or FRAX. Findings 7254 individuals (66% women and 34% men) were assessed. Mean baseline age was 69 years (SD 9, range 40–96). Over a mean follow-up of 4·63 years (SD 2·41) years, 765 (11%) participants had incident fractures, of whom 633 (86%) had femoral neck T scores greater than −2·5. After adjustment for age, sex, cohort, height, and weight, peripheral skeleton failure load had the greatest association with risk of fracture: tibia HR 2·40 (95% CI 1·98–2·91) and radius 2·13 (1·77–2·56) per 1 SD decrease. HRs for other bone indices ranged from 1·12 (95% CI 1·03–1·23) per 1 SD increase in tibia cortical porosity to 1·58 (1·45–1·72) per 1 SD decrease in radius trabecular volumetric bone density. After further adjustment for femoral neck aBMD or FRAX score, the associations were reduced but remained significant for most bone parameters. A model including cortical volumetric bone density, trabecular number, and trabecular thickness at the distal radius and a model including these indices plus cortical area at the tibia were the best predictors of fracture. Interpretation HR-pQCT indices and failure load improved prediction of fracture beyond femoral neck aBMD or FRAX scores alone. Our findings from a large international cohort of men and women support previous reports that deficits in trabecular and cortical bone density and structure independently contribute to fracture risk. These measurements and morphological assessment of the peripheral skeleton might improve identification of people at the highest risk of fracture. Funding National Institutes of Health National Institute of Arthritis Musculoskeletal and Skin Diseases.

Vitamin D insufficiency is common, correctable, and influenced by genetic factors, and it has been associated with risk of several diseases. We sought to identify low-frequency genetic variants that strongly increase the risk of vitamin D insufficiency and tested their effect on risk of multiple sclerosis, a disease influenced by low vitamin D concentrations. We used whole-genome sequencing data from 2,619 individuals through the UK10K program and deep-imputation data from 39,655 individuals genotyped genome-wide. Meta-analysis of the summary statistics from 19 cohorts identified in CYP2R1 the low-frequency (minor allele frequency=2.5%) synonymous coding variant g.14900931G>A (p.Asp120Asp) (rs117913124[A]), which conferred a large effect on 25-hydroxyvitamin D (25OHD) levels (−0.43 SD of standardized natural log-transformed 25OHD per A allele; p value=1.5 × 10⁻⁸⁸). The effect on 25OHD was four times larger and independent of the effect of a previously described common variant near CYP2R1. By analyzing 8,711 individuals, we showed that heterozygote carriers of this low-frequency variant have an increased risk of vitamin D insufficiency (odds ratio [OR] = 2.2, 95% confidence interval [CI] = 1.78–2.78, p=1.26 × 10⁻¹²). Individuals carrying one copy of this variant also had increased odds of multiple sclerosis (OR = 1.4, 95% CI=1.19–1.64, p=2.63 × 10⁻⁵) in a sample of 5,927 case and 5,599 control subjects. In conclusion, we describe a low-frequency CYP2R1 coding variant that exerts the largest effect upon 25OHD levels identified to date in the general European population and implicates vitamin D in the etiology of multiple sclerosis.

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.

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.

X-linked Hypophosphatemia (XLH) is the most common type of inherited rickets. Although the clinical features are well characterized, bone structure, mineralization, and biomechanical properties are poorly known. Our aim was to analyze bone properties in the appendicular and axial skeleton of adults with XLH. In this observational case-control study, each affected patient (N = 14; 9 females; age 50 ± 15 years) was matched by sex, age and body mass index to a minimum of two healthy controls (N = 34). Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA) analyses revealed that areal bone mineral density (aBMD) was higher in XLH patients at the lumbar spine (Z score mean difference = +2.47 SD, P value = 1.4 × 10−3). Trabecular Bone Score was also higher at the lumbar spine (P value = 1.0 × 10−4). High Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography (HRpQCT) demonstrated that bone cross-sectional area was larger at the distal radius (P value = 6 × 10−3). Total and trabecular volumetric BMD were lower at both sites. Trabecular bone volume fraction was also lower with fewer trabecular numbers at both sites. However, bone strength evaluated by micro-finite element analyzes revealed unaffected bone stiffness and maximum failure load. Evaluation of bone mineralization with aBMD by DXA at the distal radius correlated with vBMD by HRpQCT measurements at both sites. PTH levels were inversely correlated with trabecular vBMD and BV/TV at the tibia. We then followed a subset of nine patients (median follow-up of 4 years) and reassessed HRpQCT. At the tibia, we observed a greater decrease than expected from an age and sex standardized normal population in total and cortical vBMD as well as a trabecularization of the cortical compartment. In conclusion, in adult patients with XLH, bone mineral density is high at the axial skeleton but low at the appendicular skeleton. With time, microarchitectural alterations worsen. We propose that noninvasive evaluation methods of bone mineralization such as DXA including the radius should be part of the management of XLH patients. Larger studies are needed to evaluate the clinical significance of BMD changes in XLH patients under conventional or targeted therapies.

In bone, sclerostin is mainly osteocyte-derived and plays an important local role in adaptive responses to mechanical loading. Whether circulating levels of sclerostin also play a functional role is currently unclear, which we aimed to examine by two sample Mendelian Randomisation (MR). A genetic instrument for circulating sclerostin, derived from a genome wide association study (GWAS) meta-analysis of serum sclerostin in 10,584 European-descent individuals, was examined in relation to femoral neck bone mineral density (BMD; n= 32,744) in GEFOS, and estimated BMD by heel ultrasound (eBMD; n=426,824), and fracture risk (n=426,795), in UK Biobank. Our GWAS identified two novel serum sclerostin loci, B4GALNT3 (standard deviation (SD)) change in sclerostin per A allele (β=0.20, P=4.6×10−49), and GALNT1 (β=0.11 per G allele, P=4.4×10−11). B4GALNT3 is an N-acetyl-galactosaminyltransferase, adding a terminal LacdiNAc disaccharide to target glycocoproteins, found to be predominantly expressed in kidney, whereas GALNT1 is an enzyme causing mucin-type O-linked glycosylation. Using these two SNPs as genetic instruments, MR revealed an inverse causal relationship between serum sclerostin and femoral neck BMD (β= −0.12, 95%CI= −0.20 to −0.05) and eBMD (β= −0.12, 95%CI= −0.14 to −0.10), and a positive relationship with fracture risk (β= 0.11, 95%CI= 0.01 to 0.21). Colocalization analysis demonstrated common genetic signals within the B4GALNT3 locus for higher sclerostin, lower eBMD, and greater B4GALNT3 expression in arterial tissue (Probability>99%). Our findings suggest that higher sclerostin levels are causally related to lower BMD and greater fracture risk. Hence, strategies for reducing circulating sclerostin, for example by targeting glycosylation enzymes as suggested by our GWAS results, may prove valuable in treating osteoporosis.

Abstract As there are effective treatments to reduce hip fractures, identification of patients at high risk of hip fracture is important to inform efficient intervention strategies. To obtain a new tool for hip fracture prediction, we developed a protein-based risk score in the Cardiovascular Health Study using an aptamer-based proteomic platform. The proteomic risk score predicted incident hip fractures and improved hip fracture discrimination in two Trøndelag Health Study validation cohorts using the same aptamer-based platform. When transferred to an antibody-based proteomic platform in a UK Biobank validation cohort, the proteomic risk score was strongly associated with hip fractures (hazard ratio per s.d. increase, 1.64; 95% confidence interval 1.53–1.77). The proteomic risk score, but not available polygenic risk scores for fractures or bone mineral density, improved the C-index beyond the fracture risk assessment tool (FRAX), which integrates information from clinical risk factors (C-index, FRAX 0.735 versus FRAX + proteomic risk score 0.776). The developed proteomic risk score constitutes a new tool for stratifying patients according to hip fracture risk; however, its improvement in hip fracture discrimination is modest and its clinical utility beyond FRAX with information on femoral neck bone mineral density remains to be determined.

OBJECTIVES: To conduct a genome-wide association study (GWAS) meta-analysis of chronic back pain (CBP). METHODS: Adults of European ancestry were included from 16 cohorts in Europe and North America. CBP cases were defined as those reporting back pain present for >3-6 months; non-cases were included as comparisons ('controls'). Each cohort conducted genotyping using commercially available arrays followed by imputation. GWAS used logistic regression models with additive genetic effects, adjusting for age, sex, study-specific covariates, and population substructure. The threshold for genome-wide significance in the fixed-effect inverse-variance weighted meta-analysis was p<5x10-8. Suggestive (p<5x10-7) and genome-wide significant (p<5x10-8) variants were carried forward for replication or further investigation in an independent sample. RESULTS: The discovery sample was comprised of 158,025 individuals, including 29,531 CBP cases. A genome-wide significant association was found for the intronic variant rs12310519 in SOX5 (OR 1.08, p=7.2x10-10). This was subsequently replicated in an independent sample of 283,752 subjects, including 50,915 cases (OR 1.06, p=5.3x10-11), and exceeded genome-wide significance in joint meta-analysis (OR=1.07, p=4.5x10-19). We found suggestive associations at three other loci in the discovery sample, two of which exceeded genome-wide significance in joint meta-analysis: an intergenic variant, rs7833174, located between CCDC26 and GSDMC (OR 1.05, p=4.4x10-13), and an intronic variant, rs4384683, in DCC (OR 0.97, p=2.4x10-10). DISCUSSION: In this first reported meta-analysis of GWAS for CBP, we identified and replicated a genetic locus associated with CBP (SOX5). We also identified 2 other loci that reached genome-wide significance in a 2-stage joint meta-analysis (CCDC26/GSDMC and DCC).