Compared to other common complex diseases, it has proved remarkably difficult to establish the genetic basis of blood-pressure elevation. A multi-stage genome-wide association study involving 200,000 individuals of European descent provides some of the missing detail in the genetic picture. The study identified 16 relevant loci, of which only 6 contain genes previously known or suspected to regulate blood pressure. An association was found between hypertension, the thickness of the left ventricular wall, stroke and coronary artery disease, but not kidney disease or kidney function. Comparison with data from more than 75,000 people of East Asian, South Asian and African ancestries confirmed that many of the variants identified in European-ancestry subjects also influence blood pressure in other populations. Blood pressure is a heritable trait1 influenced by several biological pathways and responsive to environmental stimuli. Over one billion people worldwide have hypertension (≥140 mm Hg systolic blood pressure or ≥90 mm Hg diastolic blood pressure)2. Even small increments in blood pressure are associated with an increased risk of cardiovascular events3. This genome-wide association study of systolic and diastolic blood pressure, which used a multi-stage design in 200,000 individuals of European descent, identified sixteen novel loci: six of these loci contain genes previously known or suspected to regulate blood pressure (GUCY1A3–GUCY1B3, NPR3–C5orf23, ADM, FURIN–FES, GOSR2, GNAS–EDN3); the other ten provide new clues to blood pressure physiology. A genetic risk score based on 29 genome-wide significant variants was associated with hypertension, left ventricular wall thickness, stroke and coronary artery disease, but not kidney disease or kidney function. We also observed associations with blood pressure in East Asian, South Asian and African ancestry individuals. Our findings provide new insights into the genetics and biology of blood pressure, and suggest potential novel therapeutic pathways for cardiovascular disease prevention.

To identify common variants influencing body mass index (BMI), we analyzed genome-wide association data from 16,876 individuals of European descent. After previously reported variants in FTO, the strongest association signal (rs17782313, P = 2.9 × 10−6) mapped 188 kb downstream of MC4R (melanocortin-4 receptor), mutations of which are the leading cause of monogenic severe childhood-onset obesity. We confirmed the BMI association in 60,352 adults (per-allele effect = 0.05 Z-score units; P = 2.8 × 10−15) and 5,988 children aged 7–11 (0.13 Z-score units; P = 1.5 × 10−8). In case-control analyses (n = 10,583), the odds for severe childhood obesity reached 1.30 (P = 8.0 × 10−11). Furthermore, we observed overtransmission of the risk allele to obese offspring in 660 families (P (pedigree disequilibrium test average; PDT-avg) = 2.4 × 10−4). The SNP location and patterns of phenotypic associations are consistent with effects mediated through altered MC4R function. Our findings establish that common variants near MC4R influence fat mass, weight and obesity risk at the population level and reinforce the need for large-scale data integration to identify variants influencing continuous biomedical traits.

Adult height is a model polygenic trait, but there has been limited success in identifying the genes underlying its normal variation. To identify genetic variants influencing adult human height, we used genome-wide association data from 13,665 individuals and genotyped 39 variants in an additional 16,482 samples. We identified 20 variants associated with adult height (P < 5 × 10−7, with 10 reaching P < 1 × 10−10). Combined, the 20 SNPs explain ∼3% of height variation, with a ∼5 cm difference between the 6.2% of people with 17 or fewer 'tall' alleles compared to the 5.5% with 27 or more 'tall' alleles. The loci we identified implicate genes in Hedgehog signaling (IHH, HHIP, PTCH1), extracellular matrix (EFEMP1, ADAMTSL3, ACAN) and cancer (CDK6, HMGA2, DLEU7) pathways, and provide new insights into human growth and developmental processes. Finally, our results provide insights into the genetic architecture of a classic quantitative trait.

The renin-angiotensin system is a powerful pressor system with a major influence on salt and water homeostasis. Angiotensinogen (also called renin substrate) is a key component of this system; it is cleaved by renin to yield angiotensin I, which is then cleaved by angiotensin-converting enzyme to yield angiotensin II. The observation that plasma angiotensinogen levels correlate with blood pressure and track through families suggests that angiotensinogen may have a role in essential hypertension. We therefore investigated whether there is linkage between the angiotensinogen gene on chromosome 1q42-43 and essential hypertension.Samples of DNA from 63 white European families in which two or more members had essential hypertension were tested for linkage of the angiotensinogen gene to this disorder. Affected cousins, nephews, nieces, and half-siblings were included when possible. To test for linkage, we used as a marker a dinucleotide-repeat sequence flanking this gene, and we employed the affected-pedigree-member method of linkage analysis. Two molecular variants of the angiotensinogen gene, one encoding threonine instead of methionine at position 235 (M235T) and the other encoding methionine rather than threonine at position 174 (T174M), were also tested for possible association with essential hypertension.We found significant linkage (t = 5.00, P < 0.001) and association (chi-square = 53.3, P < 0.001) of the angiotensinogen-gene locus to essential hypertension in the 63 multiplex families. This linkage was consistently maintained in the subgroup of subjects with diastolic pressure above 100 mm Hg and in the subgroups classified according to sex. It has been proposed previously that T174M and M235T are associated with essential hypertension. However, we found no association in our population between either polymorphism and this disorder.This study provides strong and consistent support for the linkage to essential hypertension of regions within or close to the angiotensinogen gene. Precisely how mutations in this region may result in hypertension remains to be determined.

John Chambers and colleagues report a genome-wide association study for markers of liver function. They identify 42 loci associated with concentrations of one or more liver enzymes in plasma, and use a range of functional genomic analyses to suggest candidate genes at these loci. Concentrations of liver enzymes in plasma are widely used as indicators of liver disease. We carried out a genome-wide association study in 61,089 individuals, identifying 42 loci associated with concentrations of liver enzymes in plasma, of which 32 are new associations (P = 10−8 to P = 10−190). We used functional genomic approaches including metabonomic profiling and gene expression analyses to identify probable candidate genes at these regions. We identified 69 candidate genes, including genes involved in biliary transport (ATP8B1 and ABCB11), glucose, carbohydrate and lipid metabolism (FADS1, FADS2, GCKR, JMJD1C, HNF1A, MLXIPL, PNPLA3, PPP1R3B, SLC2A2 and TRIB1), glycoprotein biosynthesis and cell surface glycobiology (ABO, ASGR1, FUT2, GPLD1 and ST3GAL4), inflammation and immunity (CD276, CDH6, GCKR, HNF1A, HPR, ITGA1, RORA and STAT4) and glutathione metabolism (GSTT1, GSTT2 and GGT), as well as several genes of uncertain or unknown function (including ABHD12, EFHD1, EFNA1, EPHA2, MICAL3 and ZNF827). Our results provide new insight into genetic mechanisms and pathways influencing markers of liver function.

Genome-wide association studies have identified hundreds of loci for type 2 diabetes, coronary artery disease and myocardial infarction, as well as for related traits such as body mass index, glucose and insulin levels, lipid levels, and blood pressure. These studies also have pointed to thousands of loci with promising but not yet compelling association evidence. To establish association at additional loci and to characterize the genome-wide significant loci by fine-mapping, we designed the "Metabochip," a custom genotyping array that assays nearly 200,000 SNP markers. Here, we describe the Metabochip and its component SNP sets, evaluate its performance in capturing variation across the allele-frequency spectrum, describe solutions to methodological challenges commonly encountered in its analysis, and evaluate its performance as a platform for genotype imputation. The metabochip achieves dramatic cost efficiencies compared to designing single-trait follow-up reagents, and provides the opportunity to compare results across a range of related traits. The metabochip and similar custom genotyping arrays offer a powerful and cost-effective approach to follow-up large-scale genotyping and sequencing studies and advance our understanding of the genetic basis of complex human diseases and traits.

Given the anthropometric differences between men and women and previous evidence of sex-difference in genetic effects, we conducted a genome-wide search for sexually dimorphic associations with height, weight, body mass index, waist circumference, hip circumference, and waist-to-hip-ratio (133,723 individuals) and took forward 348 SNPs into follow-up (additional 137,052 individuals) in a total of 94 studies. Seven loci displayed significant sex-difference (FDR<5%), including four previously established (near GRB14/COBLL1, LYPLAL1/SLC30A10, VEGFA, ADAMTS9) and three novel anthropometric trait loci (near MAP3K1, HSD17B4, PPARG), all of which were genome-wide significant in women (P<5×10−8), but not in men. Sex-differences were apparent only for waist phenotypes, not for height, weight, BMI, or hip circumference. Moreover, we found no evidence for genetic effects with opposite directions in men versus women. The PPARG locus is of specific interest due to its role in diabetes genetics and therapy. Our results demonstrate the value of sex-specific GWAS to unravel the sexually dimorphic genetic underpinning of complex traits.

Hypertension is a heritable and major contributor to the global burden of disease. The sum of rare and common genetic variants robustly identified so far explain only 1%–2% of the population variation in BP and hypertension. This suggests the existence of more undiscovered common variants. We conducted a genome-wide association study in 1,621 hypertensive cases and 1,699 controls and follow-up validation analyses in 19,845 cases and 16,541 controls using an extreme case-control design. We identified a locus on chromosome 16 in the 5′ region of Uromodulin (UMOD; rs13333226, combined P value of 3.6×10−11). The minor G allele is associated with a lower risk of hypertension (OR [95%CI]: 0.87 [0.84–0.91]), reduced urinary uromodulin excretion, better renal function; and each copy of the G allele is associated with a 7.7% reduction in risk of CVD events after adjusting for age, sex, BMI, and smoking status (H.R. = 0.923, 95% CI 0.860–0.991; p = 0.027). In a subset of 13,446 individuals with estimated glomerular filtration rate (eGFR) measurements, we show that rs13333226 is independently associated with hypertension (unadjusted for eGFR: 0.89 [0.83–0.96], p = 0.004; after eGFR adjustment: 0.89 [0.83–0.96], p = 0.003). In clinical functional studies, we also consistently show the minor G allele is associated with lower urinary uromodulin excretion. The exclusive expression of uromodulin in the thick portion of the ascending limb of Henle suggests a putative role of this variant in hypertension through an effect on sodium homeostasis. The newly discovered UMOD locus for hypertension has the potential to give new insights into the role of uromodulin in BP regulation and to identify novel drugable targets for reducing cardiovascular risk.

A wealth of genetic associations for cardiovascular and metabolic phenotypes in humans has been accumulating over the last decade, in particular a large number of loci derived from recent genome wide association studies (GWAS). True complex disease-associated loci often exert modest effects, so their delineation currently requires integration of diverse phenotypic data from large studies to ensure robust meta-analyses. We have designed a gene-centric 50 K single nucleotide polymorphism (SNP) array to assess potentially relevant loci across a range of cardiovascular, metabolic and inflammatory syndromes. The array utilizes a “cosmopolitan” tagging approach to capture the genetic diversity across ∼2,000 loci in populations represented in the HapMap and SeattleSNPs projects. The array content is informed by GWAS of vascular and inflammatory disease, expression quantitative trait loci implicated in atherosclerosis, pathway based approaches and comprehensive literature searching. The custom flexibility of the array platform facilitated interrogation of loci at differing stringencies, according to a gene prioritization strategy that allows saturation of high priority loci with a greater density of markers than the existing GWAS tools, particularly in African HapMap samples. We also demonstrate that the IBC array can be used to complement GWAS, increasing coverage in high priority CVD-related loci across all major HapMap populations. DNA from over 200,000 extensively phenotyped individuals will be genotyped with this array with a significant portion of the generated data being released into the academic domain facilitating in silico replication attempts, analyses of rare variants and cross-cohort meta-analyses in diverse populations. These datasets will also facilitate more robust secondary analyses, such as explorations with alternative genetic models, epistasis and gene-environment interactions.