We describe a reference panel of 64,976 human haplotypes at 39,235,157 SNPs constructed using whole genome sequence data from 20 studies of predominantly European ancestry. Using this resource leads to accurate genotype imputation at minor allele frequencies as low as 0.1%, a large increase in the number of SNPs tested in association studies and can help to discover and refine causal loci. We describe remote server resources that allow researchers to carry out imputation and phasing consistently and efficiently.

In order to further resolve the genetic architecture of the inflammatory bowel diseases, ulcerative colitis and Crohn′s disease, we sequenced the whole genomes of 4,280 patients at low coverage, and compared them to 3,652 previously sequenced population controls across 73.5 million variants. To increase power we imputed from these sequences into new and existing GWAS cohorts, and tested for association at ~12 million variants in a total of 16,432 cases and 18,843 controls. We discovered a 0.6% frequency missense variant in ADCY7 that doubles risk of ulcerative colitis, and offers insight into a new aspect of disease biology. Despite good statistical power, we did not identify any other new low-frequency risk variants, and found that such variants as a class explained little heritability. We did detect a burden of very rare, damaging missense variants in known Crohn′s disease risk genes, suggesting that more comprehensive sequencing studies will continue to improve our understanding of the biology of complex diseases.

Genetic association studies have identified 210 risk loci for inflammatory bowel disease, which have revealed fundamental aspects of the molecular biology of the disease, including the roles of autophagy and Th17 cell signaling and development. We performed a genome-wide association study of 25,305 individuals, and meta-analyzed with published summary statistics, yielding a total sample size of 59,957 subjects. We identified 26 new genome-wide significant loci, three of which contain integrin genes that encode molecules in pathways identified as important therapeutic targets in inflammatory bowel disease. The associated variants are also correlated with expression changes in response to immune stimulus at two of these genes (ITGA4, ITGB8) and at two previously implicated integrin loci (ITGAL, ICAM1). In all four cases, the stimulus-dependent expression increasing allele also increases disease risk. We applied summary statistic fine-mapping and identified likely causal missense variants in the primary immune deficiency gene PLCG2 and the negative regulator of inflammation, SLAMF8. Our results demonstrate that new common variant associations continue to identify genes and pathways of relevance to therapeutic target identification and prioritization.

RNA has been classically known to play central roles in biology, including maintaining telomeres, protein synthesis, and in sex chromosome compensation in certain species. At the center of these important biological systems are noncoding RNAs. While thousands of long noncoding RNAs (lncRNAs) have been identified in mammalian genomes, attributing RNA-based roles to lncRNA loci requires an assessment of whether the observed effect could be due to DNA regulatory elements, the act of transcription, or the lncRNA transcript. Here, we use the syntenically conserved lncRNA locus, Functional intergenic repeating RNA element (Firre), that is located on the X chromosome as a model to discriminate between DNA- and RNA-mediated effects in vivo. To this end, we generated genetically defined loss-of-function, gain-of-function, and rescue mouse models for Firre and provide genetic evidence that the Firre locus produces a trans-acting RNA. We report that: (i) Firre mutant mice have cell-specific defects during hematopoiesis and changes in gene expression that can be rescued by induction of Firre RNA from a transgene in the Firre knockout background, (ii) mice overexpressing Firre from a transgene exhibit increased levels of pro-inflammatory cytokines and impaired survival upon exposure to lipopolysaccharide, and (iii) deletion of the Firre locus did not result in changes in local gene expression on the X chromosome in 9 different biological contexts, suggesting that Firre does not function by cis-acting RNA or DNA elements. Together, our results provide genetic evidence that the Firre locus produces a trans-acting lncRNA that has physiological roles in hematopoiesis and immune function.

Abstract Systemic lupus erythematosus (SLE) is a heterogeneous autoimmune disease, with a clear genetic component. While most SLE patients carry rare gene variants in lupus risk genes, little is known about their contribution to disease pathogenesis. Amongst them, SH2B3 - a negative regulator of cytokine and growth factor receptor signaling – harbors rare coding variants in over 5% of SLE patients. Here we show that unlike the variant found exclusively in healthy controls, most SH2B3 rare variants found in lupus patients are predominantly hypomorphic alleles. Generation of two mouse lines carrying variants orthologous to those found in patients revealed SH2B3 is important to limit the numbers of immature and transitional B cells. Furthermore, hypomorphic SH2B3 was shown to impair negative selection of immature/transitional self-reactive B cells and accelerate autoimmunity in sensitized mice, at least in part due to increased IL-4R signaling and BAFF-R expression. This work identifies a previously unappreciated role for SH2B3 in human B cell tolerance and lupus risk. Summary Zhang et al . reveal a role for hypomorphic SH2B3 in lupus risk. The study shows rare and damaging variants identified in lupus patients enable breach of B cell immune tolerance checkpoints and suggests involvement for dysregulated IL-4R signaling and BAFF-R expression.

Abstract Increasing global rates of autoimmune and inflammatory disease present a burgeoning threat to human health 1 . This is compounded by the limited efficacy of available treatments 1 and high failure rates during drug development 2 – underscoring an urgent need to better understand disease mechanisms. Here we show how genetics could address this challenge. By investigating an intergenic haplotype on chr21q22, independently linked to inflammatory bowel disease (IBD), ankylosing spondylitis, primary sclerosing cholangitis and Takayasu’s arteritis 3–6 , we discover that the causal gene, ETS2 , is a master regulator of inflammatory responses in human macrophages and delineate how the risk haplotype increases ETS2 expression. Genes regulated by ETS2 were prominently expressed in affected tissues from chr21q22-associated diseases and more enriched for IBD GWAS hits than almost all previously described pathways. Overexpressing ETS2 in resting macrophages produced an activated effector state that phenocopied intestinal macrophages from IBD 7 , with upregulation of multiple drug targets including TNFα and IL-23. Using a database of cellular signatures 8 , we identify drugs that could modulate this pathway and validate the potent anti-inflammatory activity of one class of small molecules in vitro and ex vivo . Together, this highlights the potential for common genetic associations to improve both the understanding and treatment of human disease.

Objective: To determine the impact of endothelial stiffening induced by CD36-mediated lipid uptake on the disruption of aortic endothelial barrier and development of atherosclerosis in mouse models of obesity and hypercholesterolemia. Approach and Results: Endothelial-specific inducible downregulation of CD36 results in abrogating the stiffening of aortic endothelium induced by a short-term (6-8 weeks) high-fat Western diet in intact freshly isolated mouse aortas of Cdh5.CreERT2CD36fl/fl mice, as assessed by atomic force microscopy. Prevention of WD-induced endothelial stiffening by the downregulation of endothelial CD36 is shown to be associated with a protective effect against endothelial barrier disruption, assessed by morphological analysis of VE-cadherin junctions and penetration of Evans blue dye into the aortic wall. These protective effects were independent of the changes in the serum lipid profiles. Furthermore, endothelial specific downregulation of CD36 in hypercholesterolemic Cdh5.CreERT2CD36fl/flLDLR-/- mice also led to significant decrease in endothelial stiffening after 4-5 months of high fat diet and a significant decrease in the areas of atherosclerotic lesion. In both models, significant endothelial stiffening was observed specifically in male mice, while female mice exhibited less endothelial stiffening and less severe atherosclerotic phenotype, consistent with endothelial stiffening playing an important role in aortic vascular disease in a sex-dependent way. Mechanistically, we show in vitro that CD36- mediated uptake of long chain saturated fatty acids, particularly palmitic acid, induces endothelial stiffening via activation of RhoA/ROCK pathway and is critically dependent on the expression of a RhoA inhibitory protein, Rho-GDI1. Conclusions: We conclude that stiffening of the aortic endothelium by CD36-mediated uptake of fatty acids contributes significantly to WD-induced vascular dysfunction and atherosclerosis. We further propose that fatty acids may activate RhoA by inducing its dissociation from Rho-GDI1.

Integration of genome-wide association study (GWAS) data has been used to generate new hypotheses of biological mechanism, aetiological relationships between traits, or test causality of one factor for another. However, such approaches have typically been limited to pairwise comparisons of traits. We propose a generally applicable method, that exploits ideas from Bayesian genetic fine mapping to define a “lens” that focuses relevant variants before dimension reduction of a set of related GWAS summary statistics. We applied this technique to immune-mediated diseases, deriving 13 components which summarise the multidimensional patterns of genetic risk. Projection of independent datasets demonstrated the specificity and accuracy of our reduced dimension basis, enabled us to functionally characterise individual components, identify disease-discriminating components and suggest novel associations in rare diseases where classical GWAS approaches are challenging. Our approach summarises the genetic architectures underlying any range of aetiologically-related traits in fewer dimensions, facilitating more nuanced multidimensional comparative analyses.

Heritability is a fundamental parameter in genetics. Traditional estimates based on family or twin studies can be biased due to shared environmental or non-additive genetic variance. Alternatively, those based on genotyped or imputed variants typically underestimate narrow-sense heritability contributed by rare or otherwise poorly-tagged causal variants. Identical-by-descent (IBD) segments of the genome share all variants between pairs of chromosomes except new mutations that have arisen since the last common ancestor. Therefore, relating phenotypic similarity to degree of IBD sharing among classically unrelated individuals is an appealing approach to estimating the near full additive genetic variance while avoiding biases that can occur when modeling close relatives. We applied an IBD-based approach (GREML-IBD) to estimate heritability in unrelated individuals using phenotypic simulation with thousands of whole genome sequences across a range of stratification, polygenicity levels, and the minor allele frequencies of causal variants (CVs). IBD-based heritability estimates were unbiased when using unrelated individuals, even for traits with extremely rare CVs, but stratification led to strong biases in IBD-based heritability estimates with poor precision. We used data on two traits in ~120,000 people from the UK Biobank to demonstrate that, depending on the trait and possible confounding environmental effects, GREML-IBD can be applied successfully to very large genetic datasets to infer the contribution of very rare variants lost using other methods. However, we observed apparent biases in this real data that were not predicted from our simulation, suggesting that more work may be required to understand factors that influence IBD-based estimates.

The phagocyte respiratory burst is mediated by the phagocyte NADPH oxidase, a multi-protein subunit complex that facilitates production of reactive oxygen species and which is essential for host defence. Monogenic deficiency of individual subunits leads to chronic granulomatous disease (CGD), which is characterized by an inability to make reactive oxygen species, leading to severe opportunistic infections and auto-inflammation. However, not all cases of CGD are due to mutations in previously identified subunits. We recently showed that Eros, a novel and highly conserved ER-resident transmembrane protein, is essential for the phagocyte respiratory burst in mice because it is required for expression of gp91phox-p22phox heterodimer, which are the membrane bound components of the phagocyte NADPH oxidase. We now show that the function of EROS is conserved in human cells and describe a case of CGD secondary to a homozygous EROS mutation that abolishes EROS protein expression. This work demonstrates the fundamental importance of EROS in human immunity and describes a novel cause of CGD.