The disrupted in schizophrenia 1 ( DISC1 ) gene is a candidate susceptibility factor for schizophrenia, but its mechanistic role in the disorder is unknown. Here we report that the gene encoding phosphodiesterase 4B ( PDE4B ) is disrupted by a balanced translocation in a subject diagnosed with schizophrenia and a relative with chronic psychiatric illness. The PDEs inactivate adenosine 3′,5′-monophosphate (cAMP), a second messenger implicated in learning, memory, and mood. We show that DISC1 interacts with the UCR2 domain of PDE4B and that elevation of cellular cAMP leads to dissociation of PDE4B from DISC1 and an increase in PDE4B activity. We propose a mechanistic model whereby DISC1 sequesters PDE4B in resting cells and releases it in an activated state in response to elevated cAMP.

Major depressive disorder (MDD) is a notably complex illness with a lifetime prevalence of 14%. 1 It is often chronic or recurrent and is thus accompanied by considerable morbidity, excess mortality, substantial costs, and heightened risk of suicide. 2-7 MDD is a major cause of disability worldwide. 8 We conducted a genome-wide association (GWA) meta-analysis in 130,664 MDD cases and 330,470 controls, and identified 44 independent loci that met criteria for statistical significance. We present extensive analyses of these results which provide new insights into the nature of MDD. The genetic findings were associated with clinical features of MDD, and implicated prefrontal and anterior cingulate cortex in the pathophysiology of MDD (regions exhibiting anatomical differences between MDD cases and controls). Genes that are targets of antidepressant medications were strongly enriched for MDD association signals (P=8.5×10 −10 ), suggesting the relevance of these findings for improved pharmacotherapy of MDD. Sets of genes involved in gene splicing and in creating isoforms were also enriched for smaller MDD GWA P-values, and these gene sets have also been implicated in schizophrenia and autism. Genetic risk for MDD was correlated with that for many adult and childhood onset psychiatric disorders. Our analyses suggested important relations of genetic risk for MDD with educational attainment, body mass, and schizophrenia: the genetic basis of lower educational attainment and higher body mass were putatively causal for MDD whereas MDD and schizophrenia reflected a partly shared biological etiology. All humans carry lesser or greater numbers of genetic risk factors for MDD, and a continuous measure of risk underlies the observed clinical phenotype. MDD is not a distinct entity that neatly demarcates normalcy from pathology but rather a useful clinical construct associated with a range of adverse outcomes and the end result of a complex process of intertwined genetic and environmental effects. These findings help refine and define the fundamental basis of MDD.

Abstract Individual response to stress is correlated with neuroticism and is an important predictor of both neuroticism and the onset of major depressive disorder (MDD). Identification of the genetics underpinning individual differences in response to negative events (stress-sensitivity) may improve our understanding of the molecular pathways involved, and its association with stress-related illnesses. We sought to generate a proxy for stress-sensitivity through modelling the interaction between SNP allele and MDD status on neuroticism score in order to identify genetic variants that contribute to the higher neuroticism seen in individuals with a lifetime diagnosis of depression compared to unaffected individuals. Meta-analysis of genome-wide interaction studies (GWIS) in UK Biobank (N = 23,092) and Generation Scotland: Scottish Family Health Study (N = 7,155) identified no genome-wide significance SNP interactions. However, gene-based tests identified a genome-wide significant gene, ZNF366 , a negative regulator of glucocorticoid receptor function implicated in alcohol dependence ( p = 1.48×10 -7 ; Bonferroni-corrected significance threshold p < 2.79×10 -6 ). Using summary statistics from the stress-sensitivity term of the GWIS, SNP heritability for stress-sensitivity was estimated at 5.0%. In models fitting polygenic risk scores of both MDD and neuroticism derived from independent GWAS, we show that polygenic risk scores derived from the UK Biobank stress-sensitivity GWIS significantly improved the prediction of MDD in Generation Scotland. This study may improve interpretation of larger genome-wide association studies of MDD and other stress-related illnesses, and the understanding of the etiological mechanisms underpinning stress-sensitivity.

Schizophrenia (SCZ), bipolar disorder (BD) and recurrent major depressive disorder (rMDD) are common psychiatric illnesses. All have been associated with lower cognitive ability, and show evidence of genetic overlap and substantial evidence of pleiotropy with cognitive function and neuroticism. Disrupted in schizophrenia 1 (DISC1) protein directly interacts with a large set of proteins (DISC1 Interactome) that are involved in brain development and signaling. Modulation of DISC1 expression alters the expression of a circumscribed set of genes (DISC1 Regulome) that are also implicated in brain biology and disorder. Here, we report targeted sequencing of 59 DISC1 Interactome genes and 154 Regulome genes in 654 psychiatric patients and 889 cognitively-phenotyped control subjects, on whom we previously reported evidence for trait association from complete sequencing of the DISC1 locus. Burden analyses of rare and singleton variants predicted to be damaging were performed for psychiatric disorders, cognitive variables and personality traits. The DISC1 Interactome and Regulome showed differential association across the phenotypes tested. After family-wise error correction across all traits (FWERacross), an increased burden of singleton disruptive variants in the Regulome was associated with SCZ (FWERacross P=0.0339). The burden of singleton disruptive variants in the DISC1 Interactome was associated with low cognitive ability at age 11 (FWERacross P=0.0043). These results suggest that variants in the DISC1 Interactome effect the risk of psychiatric illness through altered expression of schizophrenia-associated genes. The biological impact of rare variants highlighted here merit further study.

Stress is associated with poorer physical and mental health. To improve our understanding of this link, we performed genome-wide association studies (GWAS) of depressive symptoms and genome-wide by environment interaction studies (GWEIS) of depressive symptoms and stressful life events (SLE) in two UK population cohorts (Generation Scotland and UK Biobank). No SNP was individually significant in either GWAS, but gene-based tests identified six genes associated with depressive symptoms in UK Biobank (DCC, ACSS3, DRD2, STAG1, FOXP2 and KYNU; p < 2.77x10-6). Two SNPs with genome-wide significant GxE effects were identified by GWEIS in Generation Scotland: rs12789145 (53kb downstream PIWIL4; p = 4.95x10-9; total SLE) and rs17070072 (intronic to ZCCHC2; p = 1.46x10-8; dependent SLE). A third locus upstream CYLC2 (rs12000047 and rs12005200, p < 2.00x10-8; dependent SLE) when the joint effect of the SNP main and GxE effects was considered. GWEIS gene-based tests identified: MTNR1B with GxE effect with dependent SLE in Generation Scotland; and PHF2 with the joint effect in UK Biobank (p < 2.77x10-6). Polygenic risk scores (PRS) analyses incorporating GxE effects improved the prediction of depressive symptom scores, when using weights derived from either the UK Biobank GWAS of depressive symptoms (p = 0.01) or the PGC GWAS of major depressive disorder (p = 5.91x10-3). Using an independent sample, PRS derived using GWEIS GxE effects provided evidence of shared aetiologies between depressive symptoms and schizotypal personality, heart disease and COPD. Further such studies are required and may result in improved treatments for depression and other stress-related conditions.

Major depressive disorder (MDD) is a heritable and highly debilitating condition. It is commonly associated with subcortical volumetric abnormalities, the most replicated of these being reduced hippocampal volume. Using the most recent published data from ENIGMA consortiums genome-wide association study (GWAS) of regional brain volume, we sought to test whether there is shared genetic architecture between 8 subcortical brain volumes and MDD. Using LD score regression utilising summary statistics from ENIGMA and the Psychiatric Genomics Consortium, we demonstrated that hippocampal volume was positively genetically correlated with MDD (rG=0.46, P=0.02), although this did not survive multiple comparison testing. None of other six brain regions studied were genetically correlated and amygdala volume heritability was too low for analysis. We also generated polygenic risk scores (PRS) to assess potential pleiotropy between regional brain volumes and MDD in three cohorts (Generation Scotland; Scottish Family Health Study (n=19,762), UK Biobank (n=24,048) and the English Longitudinal Study of Ageing (n=5,766). We used logistic regression to examine volumetric PRS and MDD and performed a meta-analysis across the three cohorts. No regional volumetric PRS demonstrated significant association with MDD or recurrent MDD. In this study we provide some evidence that hippocampal volume and MDD may share genetic architecture, albeit this did not survive multiple testing correction and was in the opposite direction to most reported phenotypic correlations. We therefore found no evidence to support a shared genetic architecture for MDD and regional subcortical volumes.

Genome-wide association studies using genotype data have had limited success in the identification of variants associated with major depressive disorder (MDD). Haplotype data provide an alternative method for detecting associations between variants in weak linkage disequilibrium with genotyped variants and a given trait of interest. A genome-wide haplotype association study for MDD was undertaken utilising a family-based population cohort, Generation Scotland: Scottish Family Health Study (n = 18 773), as a discovery cohort with UK Biobank used as a population-based cohort replication cohort (n = 25 035). Fine mapping of haplotype boundaries was used to account for overlapping haplotypes potentially tagging the same causal variant. Within the discovery cohort, two haplotypes exceeded genome-wide significance (P < 5 x 10-8) for an association with MDD. One of these haplotypes was nominally significant in the replication cohort (P < 0.05) and was located in 6q21, a region which has been previously associated with bipolar disorder, a psychiatric disorder that is phenotypically and genetically correlated with MDD. Several haplotypes with P < 10-7 in the discovery cohort were located within gene coding regions associated with diseases that are comorbid with MDD. Using such haplotypes to highlight regions for sequencing may lead to the identification of the underlying causal variants.

Few replicable genetic associations for Major Depressive Disorder (MDD) have been identified. However recent studies of depression have identified common risk variants by using either a broader phenotype definition in very large samples, or by reducing the phenotypic and ancestral heterogeneity of MDD cases. Here, a range of genetic analyses were applied to data from two large British cohorts, Generation Scotland and UK Biobank, to ascertain whether it is more informative to maximize the sample size by using data from all available cases and controls, or to use a refined subset of the data - stratifying by MDD recurrence or sex. Meta-analysis of GWAS data in males from these two studies yielded one genome-wide significant locus on 3p22.3. Three associated genes within this region (CRTAP, GLB1, and TMPPE) were significantly associated in subsequent gene-based tests. Meta-analyzed MDD, recurrent MDD and female MDD were each genetically correlated with 6 of 200 health-correlated traits, namely neuroticism, depressive symptoms, subjective well-being, MDD, a cross-disorder phenotype and Bipolar Disorder. Meta-analyzed male MDD showed no statistically significant correlations with these traits after correction for multiple testing. Whilst stratified GWAS analysis revealed a genome-wide significant locus for male MDD, the lack of independent replication, the equivalent SNP-based heritability estimates and the consistent pattern of genetic correlation with other health-related traits suggests that phenotypic stratification in currently available sample sizes is currently weakly justified. Based upon existing studies and our findings, the strategy of maximizing sample sizes is likely to provide the greater gain.

Background: Stressful life events (SLEs) and neuroticism are risk factors for major depressive disorder (MDD). However, SLEs and neuroticism are heritable traits that are correlated with genetic risk for MDD. In the current study, we sought to investigate the genetic and environmental contributions to SLEs in a large family-based sample, and quantify any genetic overlap with MDD and neuroticism. Methods: A subset of Generation Scotland: the Scottish Family Health Study, consisting of 9618 individuals comprise the present study. We estimated the heritability of SLEs using pedigree-based and molecular genetic data. The environment was assessed by modelling familial, couple and sibling components. Using polygenic risk scores (PRS) and LD score regression we analysed the genetic overlap between MDD, neuroticism and SLEs. Results: Past 6-month life events were positively correlated with lifetime MDD status (β=0.21, r2=1.1%, p=2.5 x 10-25) and neuroticism (β=0.13, r2=1.9%, p=1.04 x 10-37). Common SNPs explained 8% of the variance in personal life events (those directly affecting the individual) (S.E.=0.03, p=9 x 10-4). A significant effect of couple environment accounted for 13% (S.E.=0.03, p=0.016) of variation in SLEs. PRS analyses found that individuals with higher PRS for MDD reported more SLEs (β=0.05, r2=0.3%, p=3 x 10-5). LD score regression demonstrated genetic correlations between MDD and both SLEs (rG=0.33, S.E.=0.08 ) and neuroticism (rG=0.15, S.E.=0.07). Conclusions: These findings suggest that SLEs are partially heritable and this heritability is shared with risk for MDD and neuroticism. Further work should determine the causal direction and source of these associations.

Depression has well-established influences from genetic and environmental risk factors. This has led to the diathesis-stress theory, which assumes a multiplicative gene-by-environment interaction (GxE) effect on risk. Recently, Colodro-Conde et al. empirically tested this theory, using the polygenic risk score for major depressive disorder (PRS, genes) and stressful life events (SLE, environment) effects on depressive symptoms, identifying significant GxE effects with an additive contribution to liability. We have tested the diathesis-stress theory on an independent sample of 4 919 individuals. We identified nominally significant positive GxE effects in the full cohort (R2 = 0.08%, p = 0.049) and in women (R2 = 0.19%, p = 0.017), but not in men (R2 = 0.15%, p = 0.07). GxE effects were nominally significant, but only in women, when SLE were split into those in which the respondent plays an active or passive role (R2 = 0.15%, p = 0.038; R2 = 0.16%, p = 0.033, respectively). High PRS increased the risk of depression in participants reporting high numbers of SLE (p = 2.86 x 10-4). However, in those participants who reported no recent SLE, a higher PRS appeared to increase the risk of depressive symptoms in men (β = 0.082, p = 0.016) but had a protective effect in women (β = -0.061, p = 0.037). This difference was nominally significant (p = 0.017). Our study reinforces the evidence of additional risk in the aetiology of depression due to GxE effects. However, larger sample sizes are required to robustly validate these findings.