Abstract Genes enriched for rare disruptive coding variants in schizophrenia overlap those in which disruptive mutations are associated with neurodevelopmental disorders (NDDs), particularly autism spectrum disorders and intellectual disability. However, it is unclear whether this implicates the same specific variants, or even variants with the same functional effects on shared risk genes. Here, we show that de novo mutations in schizophrenia are generally of the same functional category as those that confer risk for NDDs, and that the specific de novo mutations in NDDs are enriched in schizophrenia. These findings indicate that, in part, NDDs and schizophrenia have shared molecular aetiology, and therefore likely overlapping pathophysiology. We also observe pleiotropic effects for variants known to be pathogenic for several syndromic developmental disorders, suggesting that schizophrenia should be included among the phenotypes associated with these mutations. Collectively, our findings support the hypothesis that at least some forms of schizophrenia lie within a continuum of neurodevelopmental disorders.

Background Pathogenic copy number variants (CNVs) increase risk for medical disorders, even among carriers free from neurodevelopmental disorders. The UK Biobank recruited half a million adults who provided samples for biochemical and haematology tests which have recently been released. We wanted to assess how the presence of pathogenic CNVs affects these biochemical test results.Methods We called all CNVs from the Affymetrix microarrays and selected a set of 54 CNVs implicated as pathogenic (including their reciprocal deletions/duplications) and present in five or more persons. We used linear regression analysis to establish their association with 28 biochemical and 23 haematology tests.Results We analysed 421k participants who passed our CNV quality control filters and self-reported as white British or Irish descent. There were 268 associations between CNVs and biomarkers that were significant at a false discovery rate of 0.05. Deletions at 16p11.2 had the highest number of significant associations, but several rare CNVs had higher effect sizes indicating that the lack of significance was likely due to the reduced statistical power for rarer events. The distribution of values can be visualised on our interactive website: .Conclusions Carriers of many pathogenic CNVs have changes in biochemical and haematology tests, and many of those are associated with adverse health consequences. These changes did not always correlate with increases in diagnosed medical disorders in this population. Carriers should have regular blood tests in order to identify and treat adverse medical consequences early. Levels of cholesterol and related lipids were unexpectedly lower in carriers of CNVs associated with increased weight gain, most likely due to the use of statins by such people.

Schizophrenia is a complex highly heritable disorder. Genome-wide association studies have identified multiple loci that influence the risk of developing schizophrenia, although the causal variants driving these associations and their impacts on specific genes are largely unknown. Here we link genetic findings to gene expression in the human brain by performing a transcriptome-wide association study (TWAS) in which we integrate the largest published genome-wide association dataset of schizophrenia, with publically available post mortem expression data from the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). We identify significant correlation between schizophrenia risk and expression at eighty-nine genes in DLPFC, including forty-two genes not identified in earlier TWAS of this transcriptomic resource. Genes whose expression correlate with schizophrenia were enriched for those involved in processes involved in CNS development, synaptic plasticity, and impaired long term potentiation. Previous genetic studies have implicated post-synaptic glutamatergic and gabaergic processes in schizophrenia; here we extend this to include molecules that regulate presynaptic transmitter release. We identify specific candidate genes to which we assign predicted directions of effect in terms of expression level, facilitating downstream experimental studies geared towards a better mechanistic understanding of schizophrenia pathogenesis.

The role of large, rare copy number variants (CNVs) in neurodevelopmental disorders is well established, but their contribution to common psychiatric disorders, such as depression, remains unclear. We have previously shown that a substantial proportion of CNV enrichment in schizophrenia is explained by CNVs associated with neurodevelopmental disorders. Depression shares genetic risk with schizophrenia and is frequently comorbid with neurodevelopmental disorders, suggesting to us the hypothesis that if CNVs play a role in depression, neurodevelopmental CNVs are those most likely to be associated. We confirmed this in UK Biobank by showing that neurodevelopmental CNVs were associated with depression (24,575 cases, 5.87%; OR=1.36, 95% CI 1.22-1.51, p=1.61x10-8), whilst finding no evidence implicating other CNVs. Four individual neurodevelopmental CNVs increased risk of depression (1q21.1 duplication, PWS duplication, 16p13.11 deletion, 16p11.2 duplication). The association between neurodevelopmental CNVs and depression was partially explained by social deprivation but not by education attainment or physical illness.

Schizophrenia is a highly heritable disorder for which anatomical brain alterations have been repeatedly reported in clinical samples. Unaffected at-risk groups have also been studied in an attempt to identify brain changes that do not reflect reverse causation or treatment effects. However, no robust associations have been observed between neuroanatomical phenotypes and known genetic risk factors for schizophrenia. We tested subcortical brain volume differences between 49 unaffected participants carrying at least one of the 12 copy number variants associated with schizophrenia in UK Biobank and 9,063 individuals who did not carry any of the 93 copy number variants reported to be pathogenic. Our results show that CNV carriers have reduced volume in some of the subcortical structures previously shown to be reduced in schizophrenia. Moreover, these associations were partially accounted for by the association between pathogenic copy number variants and cognitive impairment, which is one of the features of schizophrenia.

Tourette syndrome (TS) is highly heritable, although identification of its underlying genetic cause(s) has remained elusive. We examined a European ancestry sample composed of 2,435 TS cases and 4,100 controls for copy-number variants (CNVs) using SNP microarrays and identified two genome-wide significant loci that confer a substantial increase in risk for TS (NRXN1, OR=20.3, 95%CI [2.6-156.2], p=6.0 × 10-6; CNTN6, OR=10.1, 95% CI [2.3-45.4], p=3.7 × 10-5). Approximately 1% of TS cases carried one of these CNVs, indicating that rare structural variation contributes significantly to the genetic architecture of TS.

Schizophrenia is a common, debilitating psychiatric disorder with a substantial genetic component. By analysing the whole-exome sequences of 4,264 schizophrenia cases, 9,343 controls, and 1,077 parent-proband trios, we identified a genome-wide significant association between rare loss-of-function (LoF) variants in KMT2F and risk for schizophrenia. In this dataset, we observed three de novo LoF mutations, seven LoF variants in cases, and none in controls (P=3.3x10^(-9)). To search for LoF variants in KMT2F in individuals without a known neuropsychiatric diagnosis, we examined the exomes of 45,376 individuals in the ExAC database and found only two heterozygous LoF variants, showing that KMT2F is significantly depleted of LoF variants in the general population. Seven of the ten individuals with schizophrenia carrying KMT2F LoF variants also had varying degrees of learning difficulties. We further identified four KMT2F LoF carriers among 4,281 children with diverse, severe, undiagnosed developmental disorders, and two additional carriers in an independent sample of 5,720 Finnish exomes, both with notable neuropsychiatric phenotypes. Together, our observations show that LoF variants in KMT2F cause a range of neurodevelopmental disorders, including schizophrenia. Combined with previous common variant evidence, we more generally implicate epigenetic dysregulation, specifically in the histone H3K4 methylation pathway, as an important mechanism in the pathogenesis of schizophrenia.

Genetic studies of schizophrenia (SCZ) have now implicated numerous genomic loci that contribute to risk including several copy number variants (CNV) of large effect and hundreds of associated loci of small effect. However, in only a few cases has a specific gene been clearly identified. Rare CNV that affect only a single gene offer a potential avenue to discovering specific SCZ risk genes. Here, we use CNV generated from exome-sequencing of 4,913 SCZ cases and 6,188 controls in a homogenous Swedish cohort to assess the contribution of single-gene deletions and duplications to SCZ risk. As previously seen, we found an excess of rare deletions (p = 0.0004) and duplications (p = 0.0006) in SCZ cases compared to controls. When limiting to only single-gene CNV we identified nominally significant excess of deletions (p = 0.04) and duplications (p = 0.03). In an effort to increase the number of single-gene CNV, we reduced strict filtering criteria but required support from two independent CNV calling methods to create an expanded set that showed a significant burden of deletions in 11 out of 22 gene sets previously implicated in SCZ and in the combined set of genes across those sets (p = 0.008). Finally, for the significantly enriched set of voltage-gated calcium channels, we performed an extensive validation of all deletions generated from exome-sequencing as well as any deletion with evidence from previously analyzed genotyping arrays. In total, 4 exonic, single-gene deletions validated in cases and none in controls (p = 0.039), of which all were identified by exome-sequencing. Broadly, these results point to the potential contribution of single-gene CNV to SCZ and the added value of a deeper dive into CNV calls from exome-sequencing.

Genes encoding the mRNA targets of Fragile X mental retardation protein (FMRP) are enriched for genetic association with psychiatric disorders. However, many FMRP targets possess functions that are themselves genetically associated with psychiatric disorders, including synaptic transmission and plasticity, making it unclear whether the genetic risk is truly related to binding by FMRP or is alternatively mediated by the sampling of genes better characterised by another trait or functional annotation. Using published common variant, rare coding variant and copy number variant data, we examined the relationship between FMRP binding and genetic association with schizophrenia, major depressive disorder and bipolar disorder. We then explored the partitioning of genetic association between overrepresented functional categories. High-confidence targets of FMRP were enriched for common schizophrenia risk alleles, as well as rare loss-of-function and de novo nonsynonymous variants in cases. Similarly, through common variation, FMRP targets were associated with major depressive disorder, and we present novel evidence of association with bipolar disorder. These relationships could not be explained by membership of other functional annotations known to be associated with psychiatric disorders, including those related to synaptic structure and function. This study reinforces the evidence that targeting by FMRP captures a subpopulation of genes enriched for genetic association with a range of psychiatric disorders, across traditional diagnostic boundaries.* FMRP : Fragile X mental retardation protein mRNA : Messenger ribonucleic acid MAGMA : Multi-marker Analysis of GenoMic Annotation GWAS : Genome-wide association study DNA : Deoxyribonucleic acid CNV : Copy number variant GO : Gene ontology MGI : Mouse genome informatics MP : Mammalian phenotype CYFIP1 : Cytoplasmic FMR1 interacting protein 1 PGC : Psychiatric genomics consortium

Schizophrenia is a debilitating psychiatric condition often associated with poor quality of life and decreased life expectancy. Lack of progress in improving treatment outcomes has been attributed to limited knowledge of the underlying biology, although large-scale genomic studies have begun to provide such insight. We report the largest single cohort genome-wide association study of schizophrenia (11,260 cases and 24,542 controls) and through meta-analysis with existing data we identify 50 novel GWAS loci. Using gene-wide association statistics we implicate an additional set of 22 novel associations that map onto a single gene. We show for the first time that the common variant association signal is highly enriched among genes that are intolerant to loss of function mutations and that variants in these genes persist in the population despite the low fecundity associated with the disorder through the process of background selection. Associations point to novel areas of biology (e.g. metabotropic GABA-B signalling and acetyl cholinesterase), reinforce those implicated in earlier GWAS studies (e.g. calcium channel function), converge with earlier rare variants studies (e.g. NRXN1, GABAergic signalling), identify novel overlaps with autism (e.g. RBFOX1, FOXP1, FOXG1), and support early controversial candidate gene hypotheses (e.g. ERBB4 implicating neuregulin signalling). We also demonstrate the involvement of six independent central nervous system functional gene sets in schizophrenia pathophysiology. These findings provide novel insights into the biology and genetic architecture of schizophrenia, highlight the importance of mutation intolerant genes and suggest a mechanism by which common risk variants are maintained in the population.