ABSTRACT Background Alcohol use has been reliably associated with smaller subcortical and cortical regional gray matter volumes (GMVs). Whether these associations reflect shared predisposing risk factors and/or causal consequences of alcohol use remains poorly understood. Methods Data came from 3 neuroimaging samples (total n=2,423), spanning childhood/adolescence to middle age, with prospective or family-based data. First, we identified replicable GMV correlates of alcohol use. Next, we used family-based and longitudinal data to test whether these associations may plausibly reflect a predispositional liability for alcohol use, and/or a causal consequence of alcohol use. Finally, we evaluated whether GWAS-defined genomic risk for alcohol consumption is enriched for genes preferentially expressed in regions identified in our neuroimaging analyses, using heritability and gene-set enrichment, and transcriptome-wide association study (TWAS) approaches. Results Smaller right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC; i.e., middle and superior frontal gyri) and insula GMVs were associated with increased alcohol use across samples. Family-based and prospective longitudinal data suggest these associations are genetically conferred and that DLPFC GMV prospectively predicts future use and initiation. Genomic risk for alcohol use was enriched in gene-sets preferentially expressed in the DLPFC and associated with differential expression of C16orf93 , CWF19L1 , and C18orf8 in the DLPFC. Conclusions These data suggest that smaller DLPFC and insula GMV plausibly represent predispositional risk factors for, as opposed to consequences of, alcohol use. Alcohol use, particularly when heavy, may potentiate these predispositional risk factors. DLPFC and insula GMV represent promising biomarkers for alcohol consumption liability and related psychiatric and behavioral phenotypes.

The Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) Study is an ongoing, nationwide study of the effects of environmental influences on behavioral and brain development in adolescents. The ABCD Study is a collaborative effort, including a Coordinating Center, 21 data acquisition sites across the United States, and a Data Analysis and Informatics Center (DAIC). The main objective of the study is to recruit and assess over eleven thousand 9-10-year-olds and follow them over the course of 10 years to characterize normative brain and cognitive development, the many factors that influence brain development, and the effects of those factors on mental health and other outcomes. The study employs state-of-the-art multimodal brain imaging, cognitive and clinical assessments, bioassays, and careful assessment of substance use, environment, psychopathological symptoms, and social functioning. The data will provide a resource of unprecedented scale and depth for studying typical and atypical development. Here, we describe the baseline neuroimaging processing and subject-level analysis methods used by the ABCD DAIC in the centralized processing and extraction of neuroanatomical and functional imaging phenotypes. Neuroimaging processing and analyses include modality-specific corrections for distortions and motion, brain segmentation and cortical surface reconstruction derived from structural magnetic resonance imaging (sMRI), analysis of brain microstructure using diffusion MRI (dMRI), task-related analysis of functional MRI (fMRI), and functional connectivity analysis of resting-state fMRI.

Liability to alcohol dependence (AD) is heritable, but little is known about its complex polygenic architecture or its genetic relationship with other disorders. To discover loci associated with AD and characterize the relationship between AD and other psychiatric and behavioral outcomes, we carried out the largest GWAS to date of DSM-IV diagnosed AD. Genome-wide data on 14,904 individuals with AD and 37,944 controls from 28 case/control and family-based studies were meta-analyzed, stratified by genetic ancestry (European, N = 46,568; African; N = 6,280). Independent, genome-wide significant effects of different ADH1B variants were identified in European (rs1229984; p = 9.8E-13) and African ancestries (rs2066702; p = 2.2E-9). Significant genetic correlations were observed with schizophrenia, ADHD, depression, and use of cigarettes and cannabis. There was only modest genetic correlation with alcohol consumption and inconsistent associations with problem drinking. The genetic underpinnings of AD only partially overlap with those for alcohol consumption, underscoring the genetic distinction between pathological and non-pathological drinking behaviors.

Migraine is a debilitating neurological disorder affecting around 1 in 7 people worldwide, but its molecular mechanisms remain poorly understood. Some debate exists over whether migraine is a disease of vascular dysfunction, or a result of neuronal dysfunction with secondary vascular changes. Genome-wide association (GWA) studies have thus far identified 13 independent loci associated with migraine. To identify new susceptibility loci, we performed the largest genetic study of migraine to date, comprising 59,674 cases and 316,078 controls from 22 GWA studies. We identified 45 independent single nucleotide polymorphisms (SNPs) significantly associated with migraine risk (P < 5 x 10-8) that map to 38 distinct genomic loci, including 28 loci not previously reported and the first locus identified on chromosome X. Furthermore, a subset analysis for migraine without aura (MO) identified seven of the same loci as from the full sample, whereas no loci reached genome-wide significance in the migraine with aura (MA) subset. In subsequent computational analyzes, the identified loci showed enrichment for genes expressed in vascular and smooth muscle tissues, consistent with a predominant theory of migraine that highlights vascular etiologies.

To provide novel insights into the biology of opioid dependence (OD) and opioid use (i.e., exposure, OE), we completed a genome-wide analysis comparing up to 4,503 OD cases, 4,173 opioid-exposed controls, and 32,500 opioid-unexposed controls. Among the variants identified, rs9291211 was associated with OE (a comparison of exposed vs. unexposed controls; z=-5.39, p=7.2x10-8). This variant regulates the transcriptomic profiles of SLC30A9 and BEND4 in multiple brain tissues and was previously associated with depression, alcohol consumption, and neuroticism. A phenome-wide scan of rs9291211 in the UK Biobank (N>360,000) found association of this variant with propensity to use dietary supplements (p=1.68x10-8). With respect to the same OE phenotype in the gene-based analysis, we identified SDCCAG8 (z=4.69, p=10-6), which was previously associated with educational attainment, risk-taking behaviors, and schizophrenia. In addition, rs201123820 showed a genome-wide significant difference between OD cases and unexposed controls (z=5.55, p=2.9x10-8) and a significant association with musculoskeletal disorders in the UK Biobank (p=4.88x10-7). A polygenic risk score (PRS) based on a GWAS of risk-tolerance (N=466,571) was positively associated with OD (OD cases vs. unexposed controls, p=8.1x10-5; OD cases vs. exposed controls, p=0.054) and OE (exposed controls vs. unexposed controls, p=3.6x10-5). A PRS based on a GWAS of neuroticism (N=390,278) was positively associated with OD (OD cases vs. unexposed controls, p=3.2x10-5; OD cases vs. exposed controls, p=0.002) but not with OE (p=0.671). Our analyses highlight the difference between dependence and exposure and the importance of considering the definition of controls (exposed vs. unexposed) in studies of addiction.

Cannabis use is a heritable trait [1] that has been associated with adverse mental health outcomes. To identify risk variants and improve our knowledge of the genetic etiology of cannabis use, we performed the largest genome-wide association study (GWAS) meta-analysis for lifetime cannabis use (N=184,765) to date. We identified 4 independent loci containing genome-wide significant SNP associations. Gene-based tests revealed 29 genome-wide significant genes located in these 4 loci and 8 additional regions. All SNPs combined explained 10% of the variance in lifetime cannabis use. The most significantly associated gene, CADM2, has previously been associated with substance use and risk-taking phenotypes [2-4]. We used S-PrediXcan to explore gene expression levels and found 11 unique eGenes. LD-score regression uncovered genetic correlations with smoking, alcohol use and mental health outcomes, including schizophrenia and bipolar disorder. Mendelian randomisation analysis provided evidence for a causal positive influence of schizophrenia risk on lifetime cannabis use.

Background: Human aggressive behavior (AGG) has a substantial genetic component. Here we present a large genome-wide association meta-analysis (GWAMA) of childhood AGG. Methods: We analyzed assessments of AGG for a total of 328,935 observations from 87,485 children (aged 1.5 - 18 years), from multiple assessors, instruments, and ages, while accounting for sample overlap. We performed an overall analysis and meta-analyzed subsets of the data within rater, instrument, and age. Results: Heritability based on the overall meta-analysis (AGGall) that could be attributed to Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) was 3.31% (SE=0.0038). No single SNP reached genome-wide significance, but gene-based analysis returned three significant genes: ST3GAL3 (P=1.6E-06), PCDH7 (P=2.0E-06) and IPO13 (P=2.5E-06). All three genes have previously been associated with educational traits. Polygenic scores based on our GWAMA significantly predicted aggression in a holdout sample of children and in retrospectively assessed childhood aggression. We obtained moderate-to-strong genetic correlations (r\_g's) with selected phenotypes from multiple domains, but hardly with any of the classical biomarkers thought to be associated with AGG. Significant genetic correlations were observed with most psychiatric and psychological traits (range.|r\_g |:.0.19 - 1.00), except for obsessive-compulsive disorder. Aggression had a negative genetic correlation (r\_g=~-0.5) with cognitive traits and age at first birth. Aggression was strongly genetically correlated with smoking phenotypes (range.|r\_g |:.0.46 - 0.60). Genetic correlations between AGG and psychiatric disorders were strongest for mother- and self-reported AGG. Conclusions: The current GWAMA of childhood aggression provides a powerful tool to interrogate the genetic etiology of AGG by creating individual polygenic scores and genetic correlations with psychiatric traits.### Competing Interest StatementMiquel Casas has received travel grants and research support from Eli Lilly and Co., Janssen-Cilag, Shire and Lundbeck and served as consultant for Eli Lilly and Co., Janssen-Cilag, Shire and Lundbeck. Josep Antoni Ramos Quiroga was on the speakers’ bureau and/or acted as consultant Eli-Lilly, Janssen-Cilag, Novartis, Shire, Lundbeck, Almirall, Braingaze, Sincrolab, Medicine, Exeltis and Rubió in the last 5 years. He also received travel awards (air tickets + hotel) for taking part in psychiatric meetings from Janssen-Cilag, Rubió, Shire, Medice and Eli-Lilly. The Department of Psychiatry chaired by him received unrestricted educational and research support from the following companies in the last 5 years: Eli-Lilly, Lundbeck, Janssen-Cilag, Actelion, Shire, Ferrer, Oryzon, Roche, Psious, and Rubió.

Background: Smoking and alcohol use behaviors in humans have been associated with common genetic variants within multiple genomic loci. Investigation of rare variation within these loci holds promise for identifying causal variants impacting biological mechanisms in the etiology of disordered behavior. Microarrays have been designed to genotype rare nonsynonymous and putative loss of function variants. Such variants are expected to have greater deleterious consequences on gene function than other variants, and significantly contribute to disease risk. Methods: In the present study, we analyzed ~250,000 rare variants from 17 independent studies. Each variant was tested for association with five addiction-related phenotypes: cigarettes per day, pack years, smoking initiation, age of smoking initiation, and alcoholic drinks per week. We conducted single variant tests of all variants, and gene-based burden tests of nonsynonymous or putative loss of function variants with minor allele frequency less than 1%. Results: Meta-analytic sample sizes ranged from 70,847 to 164,142 individuals, depending on the phenotype. Known loci tagged by common variants replicated, but there was no robust evidence for individually associated rare variants, either in gene based or single variant tests. Using a modified method-of-moment approach, we found that all low frequency coding variants, in aggregate, contributed 1.7% to 3.6% of the phenotypic variation for the five traits (p<.05). Conclusions: The findings indicate that rare coding variants contribute to phenotypic variation, but that much larger samples and/or denser genotyping of rare variants will be required to successfully identify associations with these phenotypes, whether individual variants or gene- based associations.

The total number of acquired melanocytic nevi on the skin is strongly correlated with melanoma risk. Here we report a meta-analysis of 11 nevus GWAS from Australia, Netherlands, United Kingdom, and United States, comprising a total of 52,506 phenotyped individuals. We confirm known loci including MTAP, PLA2G6, and IRF4, and detect novel SNPs at a genome-wide level of significance in KITLG, DOCK8, and a broad region of 9q32. In a bivariate analysis combining the nevus results with those from a recent melanoma GWAS meta-analysis (12,874 cases, 23,203 controls), SNPs near GPRC5A, CYP1B1, PPARGC1B, HDAC4, FAM208B and SYNE2 reached global significance, and other loci, including MIR146A and OBFC1, reached a suggestive level of significance. Overall, we conclude that most nevus genes affect melanoma risk (KITLG an exception), while many melanoma risk loci do not alter nevus count. For example, variants in TERC and OBFC1 affect both traits, but other telomere length maintenance genes seem to affect melanoma risk only. Our findings implicate multiple pathways in nevogenesis via genes we can show to be expressed under control of the MITF melanocytic cell lineage regulator.

Excessive alcohol consumption is one of the main causes of death and disability worldwide. Alcohol consumption is a heritable complex trait. We conducted a genome-wide association study (GWAS) of alcohol use in ~480,000 people of European descent to decipher the genetic architecture of alcohol intake. We identified 46 novel, common loci, and investigated their potential functional significance using magnetic resonance imaging data, gene expression and behavioral studies in Drosophila. Our results identify new genetic pathways associated with alcohol consumption and suggest common genetic mechanisms with several neuropsychiatric disorders including schizophrenia.