Coronary artery disease (CAD) has substantial heritability and a polygenic architecture. However, the potential of genomic risk scores to help predict CAD outcomes has not been evaluated comprehensively, because available studies have involved limited genomic scope and limited sample sizes. This study sought to construct a genomic risk score for CAD and to estimate its potential as a screening tool for primary prevention. Using a meta-analytic approach to combine large-scale, genome-wide, and targeted genetic association data, we developed a new genomic risk score for CAD (metaGRS) consisting of 1.7 million genetic variants. We externally tested metaGRS, both by itself and in combination with available data on conventional risk factors, in 22,242 CAD cases and 460,387 noncases from the UK Biobank. The hazard ratio (HR) for CAD was 1.71 (95% confidence interval [CI]: 1.68 to 1.73) per SD increase in metaGRS, an association larger than any other externally tested genetic risk score previously published. The metaGRS stratified individuals into significantly different life course trajectories of CAD risk, with those in the top 20% of metaGRS distribution having an HR of 4.17 (95% CI: 3.97 to 4.38) compared with those in the bottom 20%. The corresponding HR was 2.83 (95% CI: 2.61 to 3.07) among individuals on lipid-lowering or antihypertensive medications. The metaGRS had a higher C-index (C = 0.623; 95% CI: 0.615 to 0.631) for incident CAD than any of 6 conventional factors (smoking, diabetes, hypertension, body mass index, self-reported high cholesterol, and family history). For men in the top 20% of metaGRS with >2 conventional factors, 10% cumulative risk of CAD was reached by 48 years of age. The genomic score developed and evaluated here substantially advances the concept of using genomic information to stratify individuals with different trajectories of CAD risk and highlights the potential for genomic screening in early life to complement conventional risk prediction.

Human genetic variation affects the gut microbiota through a complex combination of environmental and host factors. Here we characterize genetic variations associated with microbial abundances in a single large-scale population-based cohort of 5,959 genotyped individuals with matched gut microbial metagenomes, and dietary and health records (prevalent and follow-up). We identified 567 independent SNP–taxon associations. Variants at the LCT locus associated with Bifidobacterium and other taxa, but they differed according to dairy intake. Furthermore, levels of Faecalicatena lactaris associated with ABO, and suggested preferential utilization of secreted blood antigens as energy source in the gut. Enterococcus faecalis levels associated with variants in the MED13L locus, which has been linked to colorectal cancer. Mendelian randomization analysis indicated a potential causal effect of Morganella on major depressive disorder, consistent with observational incident disease analysis. Overall, we identify and characterize the intricate nature of host–microbiota interactions and their association with disease. Genome-wide association analysis of gut microbial taxa in a single homogenous population-based cohort of 5,959 Finnish individuals identifies 567 independent SNP–taxon associations, including strong associations with LCT, ABO and MED13L.

Integration of electronic health records with systems-level biomolecular data has led to the discovery that GlycA, a complex nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy biomarker, predicts long-term risk of disease onset and death from myriad causes. To determine the molecular underpinnings of the disease risk of the heterogeneous GlycA signal, we used machine learning to build imputation models for GlycA's constituent glycoproteins, then estimated glycoprotein levels in 11,861 adults across two population-based cohorts with long-term follow-up. While alpha-1- acid glycoprotein had the strongest correlation with GlycA, our analysis revealed that alpha-1 antitrypsin (AAT) was the most predictive of morbidity and mortality for the widest range of diseases, including heart failure (HR=1.60 per s.d., P=1×10-10), influenza and pneumonia (HR=1.37, P=6×10-10), and liver diseases (HR=1.81, P=1×10-6). Despite emerging evidence of AAT's role in suppressing inflammation, transcriptional analyses revealed elevated expression of diverse inflammatory immune pathways with elevated AAT levels, suggesting AAT is elevating to compensate for low-grade chronic inflammation. This study clarifies the molecular underpinnings of the GlycA biomarker and its associated disease risk, and indicates a previously unrecognised association between elevated AAT and severe disease onset and mortality.

Investigation of the genetic architecture of gene expression traits has aided interpretation of disease and trait-associated genetic variants, however key aspects of expression quantitative trait (eQTL) study design and analysis remain understudied. We used extensive, empirically-driven simulations to explore eQTL study design and the performance of various analysis strategies. Across multiple testing correction methods, false discoveries of genes with eQTLs (eGenes) were substantially inflated when false discovery rate (FDR) control was applied to all tests, and only appropriately controlled using hierarchical procedures. All multiple testing correction procedures had low power and inflated FDR for eGenes whose causal SNPs had small allele frequencies using small sample sizes (e.g. frequency <10% in 100 samples), indicating that even moderately low frequency eQTL SNPs (eSNPs) in these studies are enriched for false discoveries. In scenarios with ≥80% power, the top eSNP was the true simulated eSNP 90% of the time, but substantially less frequently for very common eSNPs (minor allele frequencies >25%). Overestimation of eQTL effect sizes, so-called "Winner's Curse", was common in low and moderate power settings. To address this, we developed a bootstrap method (BootstrapQTL) which led to more accurate effect size estimation. These insights provide a foundation for future eQTL studies, especially those with sampling constraints and subtly different conditions.

Background: Coronary artery disease (CAD) has substantial heritability and a polygenic architecture; however, genomic risk scores have not yet leveraged the totality of genetic information available nor been externally tested at population-scale to show potential utility in primary prevention. Methods: Using a meta-analytic approach to combine large-scale genome-wide and targeted genetic association data, we developed a new genomic risk score for CAD (metaGRS), consisting of 1.7 million genetic variants. We externally tested metaGRS, individually and in combination with available conventional risk factors, in 22,242 CAD cases and 460,387 non-cases from UK Biobank. Findings: In UK Biobank, a standard deviation increase in metaGRS had a hazard ratio (HR) of 1.71 (95% CI 1.68-1.73) for CAD, greater than any other externally tested genetic risk score. Individuals in the top 20% of the metaGRS distribution had a HR of 4.17 (95% CI 3.97-4.38) compared with those in the bottom 20%. The metaGRS had higher C-index (C=0.623, 95% CI 0.615-0.631) for incident CAD than any of four conventional factors (smoking, diabetes, hypertension, and body mass index), and addition of the metaGRS to a model of conventional risk factors increased C-index by 3.7%. In individuals on lipid-lowering or anti-hypertensive medications at recruitment, metaGRS hazard for incident CAD was significantly but only partially attenuated with HR of 2.83 (95% CI 2.61-3.07) between the top and bottom 20% of the metaGRS distribution. Interpretation: Recent genetic association studies have yielded enough information to meaningfully stratify individuals using the metaGRS for CAD risk in both early and later life, thus enabling targeted primary intervention in combination with conventional risk factors. The metaGRS effect was partially attenuated by lipid and blood pressure-lowering medication, however other prevention strategies will be required to fully benefit from earlier genomic risk stratification.

Events in early life contribute to subsequent risk of asthma; however, the causes and trajectories of childhood wheeze are heterogeneous and do not always result in asthma. Similarly, not all atopic individuals develop wheeze, and vice versa. The reasons for these differences are unclear. Using unsupervised model-based cluster analysis, we identified latent clusters within a prospective birth cohort with deep immunological and respiratory phenotyping. We characterised each cluster in terms of immunological profile and disease risk, and replicated our results in external cohorts from the UK and USA. We discovered three distinct trajectories, one of which is a high-risk "atopic" cluster with increased propensity for allergic diseases throughout childhood. Atopy contributes varyingly to later wheeze depending on cluster membership. Our findings demonstrate the utility of unsupervised analysis in elucidating heterogeneity in asthma pathogenesis and provide a foundation for improving management and prevention of childhood asthma.

Chronic immune-mediated diseases of adulthood often originate in early childhood. To investigate genetic associations between neonatal immunity and disease, we collected cord blood samples from a birth cohort and mapped expression quantitative trait loci (eQTLs) in resting monocytes and CD4+ T cells as well as in response to lipopolysaccharide (LPS) or phytohemagglutinin (PHA) stimulation, respectively. Cis -eQTLs were largely specific to cell type or stimulation, and response eQTLs were identified for 31% of genes with cis -eQTLs (eGenes) in monocytes and 52% of eGenes in CD4+ T cells. We identified trans -eQTLs and mapped cis regulatory factors which act as mediators of trans effects. There was extensive colocalisation of causal variants for cell type- and stimulation-specific neonatal cis -eQTLs and those of autoimmune and allergic diseases, in particular CTSH (Cathepsin H) which showed widespread colocalisation across diseases. Mendelian randomisation showed causal neonatal gene transcription effects on disease risk for BTN3A2 , HLA-C and many other genes. Our study elucidates the genetics of gene expression in neonatal conditions and cell types as well as the aetiological origins of autoimmune and allergic diseases.