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.

Hugh Watkins and colleagues meta-analyze data from the UK Biobank along with recent genome-wide association studies for coronary artery disease. They identify 13 new loci that were genome-wide significant and 243 loci at a 5% false discovery rate. Genome-wide association studies (GWAS) in coronary artery disease (CAD) had identified 66 loci at 'genome-wide significance' (P < 5 × 10−8) at the time of this analysis, but a much larger number of putative loci at a false discovery rate (FDR) of 5% (refs. 1,2,3,4). Here we leverage an interim release of UK Biobank (UKBB) data to evaluate the validity of the FDR approach. We tested a CAD phenotype inclusive of angina (SOFT; ncases = 10,801) as well as a stricter definition without angina (HARD; ncases = 6,482) and selected cases with the former phenotype to conduct a meta-analysis using the two most recent CAD GWAS2,3. This approach identified 13 new loci at genome-wide significance, 12 of which were on our previous list of loci meeting the 5% FDR threshold2, thus providing strong support that the remaining loci identified by FDR represent genuine signals. The 304 independent variants associated at 5% FDR in this study explain 21.2% of CAD heritability and identify 243 loci that implicate pathways in blood vessel morphogenesis as well as lipid metabolism, nitric oxide signaling and inflammation.

Abstract The human syndrome of dendritic cell, monocyte, B and natural killer lymphoid deficiency presents as a sporadic or autosomal dominant trait causing susceptibility to mycobacterial and other infections, predisposition to myelodysplasia and leukemia, and, in some cases, pulmonary alveolar proteinosis. Seeking a genetic cause, we sequenced the exomes of 4 unrelated persons, 3 with sporadic disease, looking for novel, heterozygous, and probably deleterious variants. A number of genes harbored novel variants in person, but only one gene, GATA2, was mutated in all 4 persons. Each person harbored a different mutation, but all were predicted to be highly deleterious and to cause loss or mutation of the C-terminal zinc finger domain. Because GATA2 is the only common mutated gene in 4 unrelated persons, it is highly probable to be the cause of dendritic cell, monocyte, B, and natural killer lymphoid deficiency. This disorder therefore constitutes a new genetic form of heritable immunodeficiency and leukemic transformation.

H3Africa is developing capacity for health-related genomics research in Africa

Matthew Hurles and colleagues report exome sequencing of 1,891 individuals with syndromic or nonsyndromic congenital heart defects (CHD). They found that nonsyndromic CHD patients were enriched for protein-truncating variants in CHD-associated genes inherited from unaffected parents and identified three new syndromic CHD disorders caused by de novo mutations. Congenital heart defects (CHDs) have a neonatal incidence of 0.8–1% (refs. 1,2). Despite abundant examples of monogenic CHD in humans and mice, CHD has a low absolute sibling recurrence risk (∼2.7%)3, suggesting a considerable role for de novo mutations (DNMs) and/or incomplete penetrance4,5. De novo protein-truncating variants (PTVs) have been shown to be enriched among the 10% of 'syndromic' patients with extra-cardiac manifestations6,7. We exome sequenced 1,891 probands, including both syndromic CHD (S-CHD, n = 610) and nonsyndromic CHD (NS-CHD, n = 1,281). In S-CHD, we confirmed a significant enrichment of de novo PTVs but not inherited PTVs in known CHD-associated genes, consistent with recent findings8. Conversely, in NS-CHD we observed significant enrichment of PTVs inherited from unaffected parents in CHD-associated genes. We identified three genome-wide significant S-CHD disorders caused by DNMs in CHD4, CDK13 and PRKD1. Our study finds evidence for distinct genetic architectures underlying the low sibling recurrence risk in S-CHD and NS-CHD.

Single nucleotide polymorphisms (SNPs) on chromosome 9p21 are associated with coronary artery disease, diabetes, and multiple cancers. Risk SNPs are mainly non-coding, suggesting that they influence expression and may act in cis. We examined the association between 56 SNPs in this region and peripheral blood expression of the three nearest genes CDKN2A, CDKN2B, and ANRIL using total and allelic expression in two populations of healthy volunteers: 177 British Caucasians and 310 mixed-ancestry South Africans. Total expression of the three genes was correlated (P<0.05), suggesting that they are co-regulated. SNP associations mapped by allelic and total expression were similar (r = 0.97, P = 4.8×10−99), but the power to detect effects was greater for allelic expression. The proportion of expression variance attributable to cis-acting effects was 8% for CDKN2A, 5% for CDKN2B, and 20% for ANRIL. SNP associations were similar in the two populations (r = 0.94, P = 10−72). Multiple SNPs were independently associated with expression of each gene (P<0.05 after correction for multiple testing), suggesting that several sites may modulate disease susceptibility. Individual SNPs correlated with changes in expression up to 1.4-fold for CDKN2A, 1.3-fold for CDKN2B, and 2-fold for ANRIL. Risk SNPs for coronary disease, stroke, diabetes, melanoma, and glioma were all associated with allelic expression of ANRIL (all P<0.05 after correction for multiple testing), while association with the other two genes was only detectable for some risk SNPs. SNPs had an inverse effect on ANRIL and CDKN2B expression, supporting a role of antisense transcription in CDKN2B regulation. Our study suggests that modulation of ANRIL expression mediates susceptibility to several important human diseases.

Previous studies have shown that copy-number variants (CNVs) contribute to the risk of complex developmental phenotypes. However, the contribution of global CNV burden to the risk of sporadic congenital heart disease (CHD) remains incompletely defined. We generated genome-wide CNV data by using Illumina 660W-Quad SNP arrays in 2,256 individuals with CHD, 283 trio CHD-affected families, and 1,538 controls. We found association of rare genic deletions with CHD risk (odds ratio [OR] = 1.8, p = 0.0008). Rare deletions in study participants with CHD had higher gene content (p = 0.001) with higher haploinsufficiency scores (p = 0.03) than they did in controls, and they were enriched with Wnt-signaling genes (p = 1 × 10−5). Recurrent 15q11.2 deletions were associated with CHD risk (OR = 8.2, p = 0.02). Rare de novo CNVs were observed in ∼5% of CHD trios; 10 out of 11 occurred on the paternally transmitted chromosome (p = 0.01). Some of the rare de novo CNVs spanned genes known to be involved in heart development (e.g., HAND2 and GJA5). Rare genic deletions contribute ∼4% of the population-attributable risk of sporadic CHD. Second to previously described CNVs at 1q21.1, deletions at 15q11.2 and those implicating Wnt signaling are the most significant contributors to the risk of sporadic CHD. Rare de novo CNVs identified in CHD trios exhibit paternal origin bias. Previous studies have shown that copy-number variants (CNVs) contribute to the risk of complex developmental phenotypes. However, the contribution of global CNV burden to the risk of sporadic congenital heart disease (CHD) remains incompletely defined. We generated genome-wide CNV data by using Illumina 660W-Quad SNP arrays in 2,256 individuals with CHD, 283 trio CHD-affected families, and 1,538 controls. We found association of rare genic deletions with CHD risk (odds ratio [OR] = 1.8, p = 0.0008). Rare deletions in study participants with CHD had higher gene content (p = 0.001) with higher haploinsufficiency scores (p = 0.03) than they did in controls, and they were enriched with Wnt-signaling genes (p = 1 × 10−5). Recurrent 15q11.2 deletions were associated with CHD risk (OR = 8.2, p = 0.02). Rare de novo CNVs were observed in ∼5% of CHD trios; 10 out of 11 occurred on the paternally transmitted chromosome (p = 0.01). Some of the rare de novo CNVs spanned genes known to be involved in heart development (e.g., HAND2 and GJA5). Rare genic deletions contribute ∼4% of the population-attributable risk of sporadic CHD. Second to previously described CNVs at 1q21.1, deletions at 15q11.2 and those implicating Wnt signaling are the most significant contributors to the risk of sporadic CHD. Rare de novo CNVs identified in CHD trios exhibit paternal origin bias.

Abstract Rationale Genetic factors undoubtedly contribute to the development of congenital heart disease (CHD), but still remain mostly ill-defined. Objective Identification of genetic risk factors associated with CHD and functional analysis of SNP-carrying genes. Methods and Results Genetic association study of 1,440 Caucasian CHD patients from the German Heart Center Munich collected from March 2009 to June 2016, 2,594 patients of previous studies provided by the Newcastle University and 8,486 controls underwent meta-analysis to detect single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with CHD. Results 4,034 Caucasian CHD patients strictly classified according to the Society of Thoracic Surgeons nomenclature and 8,486 controls were included. One SNP on chromosome 5 reached genome-wide significance across all CHD phenotypes (rs185531658,OR:2.16, p =5.28×10 −9 ) and was also indicative for septal defects (OR:2.16, p =6.15×10 −8 ). One region on chromosome 20 pointing to the MACROD2 locus, identified four SNPs (rs150246290,OR:3.78, p =1.27×10 −10 ; rs149890280,OR:3.74, p =1.8×10 −10 ; rs149467721,OR:3.53; p =1.39×10 −9 , rs77094733,OR:3.53, p =1.73×10 −9 ) in patients with transposition of the great arteries (TGA). A second region was detected on chromosome 8 located at ZBTB10 (rs148563140,OR:3.42, p =3.28×10 −8 ; rs143638934,OR:3.42, p =3.51×10 −8 ) in the same subgroup. Three highly significant risk variants on chromosome 17 (rs76774446,OR:1.60, p =9.95×10 −8 ; rs11874,OR:1.60, p =6.64×10 −8 ; rs17677363,OR:1.60, p =9.81×10 −8 ) within the GOSR2 locus were identified in patients with anomalies of thoracic arteries and veins (ATAV). Genetic variants associated with ATAV are suggested to influence expression of WNT3 , and variant rs870142 related to septal defects is proposed to influence expression of MSX1 . Cardiac differentiation of human and murine induced pluripotent stem cells and single cell RNAseq analyses of developing murine and human hearts show essential functional roles for MACROD2, GOSR2, WNT3 and MSX1 at all developmental stages. Conclusions For the first time genetic risk factors in CHD patients with TGA and ATAV were identified. Several candidate genes play an essential functional role in heart development at the embryonic, newborn and adult stage.

Genetic mechanisms of blood pressure (BP) regulation remain poorly defined. Using kidney-specific epigenomic annotations and 3D genome information we generated and validated gene expression prediction models for the purpose of transcriptome-wide association studies in 700 human kidneys. We identified 889 kidney genes associated with BP of which 399 were prioritised as contributors to BP regulation. Imputation of kidney proteome and microRNAome uncovered 97 renal proteins and 11 miRNAs associated with BP. Integration with plasma proteomics and metabolomics illuminated circulating levels of myo-inositol, 4-guanidinobutanoate and angiotensinogen as downstream effectors of several kidney BP genes (SLC5A11, AGMAT, AGT, respectively). We showed that genetically determined reduction in renal expression may mimic the effects of rare loss-of-function variants on kidney mRNA/protein and lead to an increase in BP (e.g., ENPEP). We demonstrated a strong correlation (r = 0.81) in expression of protein-coding genes between cells harvested from urine and the kidney highlighting a diagnostic potential of urinary cell transcriptomics. We uncovered adenylyl cyclase activators as a repurposing opportunity for hypertension and illustrated examples of BP-elevating effects of anticancer drugs (e.g. tubulin polymerisation inhibitors). Collectively, our studies provide new biological insights into genetic regulation of BP with potential to drive clinical translation in hypertension.

Abstract Background Deletion of a non-imprinted 500Kb genomic region at chromosome 15q11.2, between breakpoints 1 and 2 of the Prader-Willi/Angelman locus (BP1-BP2 deletion) has been associated in previous studies with phenotypes including developmental delay, autism, schizophrenia and congenital cardiovascular malformations (CVM). The deletion has a low baseline population prevalence and large-scale data regarding the magnitude of these associations and any milder effects on cognition phenotypes, in populations not selected for disease, are limited. Methods Using the UK Biobank (UKB) cohort of ∼500,000 individuals, we identified individuals with neuropsychiatric and CVM diagnoses and investigated their association with deletions at the BP1-BP2 locus. In addition we assessed the association of BP1-BP2 deletions with cognitive function and academic achievement in individuals with no previous diagnosis. Results Cases of neurodevelopmental and CVM disease had an increased prevalence of the deletion compared to controls (0.68%; OR=1.84 [95% CI 1.23 – 2.75]; p=0.004 and 0.64%; OR=1.73 [95% CI 1.08 – 2.75]; p=0.03 respectively). Excluding participants diagnosed with neurodevelopmental or neuropsychiatric disease, deletion carriers had worse scores in four tests of cognitive function, and while 32.8% of UKB participants without BP1-BP2 deletion had a university or college degree as their highest educational qualification, only 22.8% of deletion carriers achieved this (OR 0.57 [95% CI 0.51-0.64]; p=5.60E-22). Conclusions We conclude that BP1-BP2 deletion has an appreciable population prevalence with important life-course impacts on undiagnosed carriers. These data are of potential utility in deciding the circumstances under which clinical testing for BP1-BP2 deletion may be helpful. Key messages Deletions at chromosome 15q11.2 between breakpoints 1 and 2 (BP1-BP2), which encompass four genes, have been associated with developmental delay, autism, schizophrenia and congenital cardiovascular malformations. Here, we use the largest cohort studied to date: the UK Biobank cohort of ∼500,000 individuals, to explore the association of this deletion with neuropsychiatric and cardiovascular phenotypes as well as its effects on cognitive function and academic achievement. We find an appreciable population prevalence of the deletion with these phenotypes and demonstrate reduced cognitive function and lower academic achievements in those individuals with no prior diagnosis.