Telomere length within an individual varies in a correlated manner across most tissues.

Telomere shortening is a hallmark of aging. Telomere length (TL) in blood cells has been studied extensively as a biomarker of human aging and disease; however, little is known regarding variability in TL in non-blood, disease-relevant tissue types. Here we characterize variability in TL measurements for 6,391 tissue samples, representing >20 tissue types and 952 individuals from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) Project. We describe differences across tissue types, positive correlation among tissue types, and associations with age and ancestry. We show that genetic variation impacts TL in multiple tissue types, and that TL can mediate the effect of age on gene expression. Our results provide the foundational knowledge regarding TL in healthy tissues that is needed to interpret epidemiological studies of TL and human health.

Inherited genetic variation impacts local gene expression and DNA methylation in humans. Expression and methylation quantitative trait loci (cis-eQTLs and cis-mQTLs) often occur at the same genomic location, suggesting a common causal variant and shared mechanism. Using DNA and RNA from peripheral blood of Bangladeshi individuals, we use co-localization methods to identify 3,695 eQTL-mQTL pairs that are likely to share a causal variant. Using partial correlation analysis and mediation analysis, we identify >500 pairs with evidence of a causal relationships between expression and methylation (i.e., shared mechanism) with many additional pairs that we are underpowered to detect. These co-localized pairs are enriched for SNPs showing opposite effects on expression and methylation, although a many affect multiple CpGs in opposite directions. Evidence of shared SNP-age interaction also supports shared mechanisms for two eQTL-mQTL pairs. This work demonstrates the pervasiveness of co-regulated expression and methylation traits in the human genome. This approach can be applied to other types of molecular QTLs to enhance our understanding of regulatory mechanisms.

Leukocyte telomere length (LTL) is a heritable trait with two potential sources of heritability (h2): inherited variation in non-telomeric regions (e.g., SNPs that influence telomere maintenance) and variability in the lengths of telomeres in gametes that produce offspring zygotes (i.e., direct inheritance). Prior studies of LTL h2 have not attempted to disentangle these two sources. Here, we use a novel approach for detecting the direct inheritance of telomeres by studying the association between identity-by-descent (IBD) sharing at chromosome ends and phenotypic similarity in LTL. We measured genome-wide SNPs and LTL for a sample of 5,069 Bangladeshi adults with substantial relatedness. For each of the 7,254 relative pairs identified, we used SNPs near the telomeres to estimate the number of chromosome ends shared IBD, a proxy for the number of telomeres shared IBD (Tshared). We then estimated the association between Tshared and the squared pairwise difference in LTL ((ΔLTL)2) within various classes of relatives (siblings, avuncular, cousins, and distant), adjusting for overall genetic relatedness (φ). The association between Tshared and (ΔLTL)2 was inverse among all relative pair types. In a meta-analysis including all relative pairs (φ >0.05), the association between Tshared and (ΔLTL)2 (P=0.002) was stronger than the association between φ and (ΔLTL)2 (P=0.45). Our results provide strong evidence that telomere length (TL) in parental germ cells impacts TL in offspring cells and contributes to LTL h2 despite telomere reprogramming during embryonic development. Applying our method to larger studies will enable robust estimation of LTL h2 attributable to direction transmission.