A key public health need is to identify individuals at high risk for a given disease to enable enhanced screening or preventive therapies. Because most common diseases have a genetic component, one important approach is to stratify individuals based on inherited DNA variation1. Proposed clinical applications have largely focused on finding carriers of rare monogenic mutations at several-fold increased risk. Although most disease risk is polygenic in nature2–5, it has not yet been possible to use polygenic predictors to identify individuals at risk comparable to monogenic mutations. Here, we develop and validate genome-wide polygenic scores for five common diseases. The approach identifies 8.0, 6.1, 3.5, 3.2, and 1.5% of the population at greater than threefold increased risk for coronary artery disease, atrial fibrillation, type 2 diabetes, inflammatory bowel disease, and breast cancer, respectively. For coronary artery disease, this prevalence is 20-fold higher than the carrier frequency of rare monogenic mutations conferring comparable risk6. We propose that it is time to contemplate the inclusion of polygenic risk prediction in clinical care, and discuss relevant issues. Genome-wide polygenic risk scores derived from GWAS data for five common diseases can identify subgroups of the population with risk approaching or exceeding that of a monogenic mutation.

Abstract The mammalian mitochondrial proteome is under dual genomic control, with 99% of proteins encoded by the nuclear genome and 13 originating from the mitochondrial DNA (mtDNA). We previously developed MitoCarta, a catalogue of over 1000 genes encoding the mammalian mitochondrial proteome. This catalogue was compiled using a Bayesian integration of multiple sequence features and experimental datasets, notably protein mass spectrometry of mitochondria isolated from fourteen murine tissues. Here, we introduce MitoCarta3.0. Beginning with the MitoCarta2.0 inventory, we performed manual review to remove 100 genes and introduce 78 additional genes, arriving at an updated inventory of 1136 human genes. We now include manually curated annotations of sub-mitochondrial localization (matrix, inner membrane, intermembrane space, outer membrane) as well as assignment to 149 hierarchical ‘MitoPathways’ spanning seven broad functional categories relevant to mitochondria. MitoCarta3.0, including sub-mitochondrial localization and MitoPathway annotations, is freely available at http://www.broadinstitute.org/mitocarta and should serve as a continued community resource for mitochondrial biology and medicine.

Summary

 Severe obesity is a rapidly growing global health threat. Although often attributed to unhealthy lifestyle choices or environmental factors, obesity is known to be heritable and highly polygenic; the majority of inherited susceptibility is related to the cumulative effect of many common DNA variants. Here we derive and validate a new polygenic predictor comprised of 2.1 million common variants to quantify this susceptibility and test this predictor in more than 300,000 individuals ranging from middle age to birth. Among middle-aged adults, we observe a 13-kg gradient in weight and a 25-fold gradient in risk of severe obesity across polygenic score deciles. In a longitudinal birth cohort, we note minimal differences in birthweight across score deciles, but a significant gradient emerged in early childhood and reached 12 kg by 18 years of age. This new approach to quantify inherited susceptibility to obesity affords new opportunities for clinical prevention and mechanistic assessment.

Insomnia is a common disorder linked with adverse long-term medical and psychiatric outcomes. The underlying pathophysiological processes and causal relationships of insomnia with disease are poorly understood. Here we identified 57 loci for self-reported insomnia symptoms in the UK Biobank (n = 453,379) and confirmed their effects on self-reported insomnia symptoms in the HUNT Study (n = 14,923 cases and 47,610 controls), physician-diagnosed insomnia in the Partners Biobank (n = 2,217 cases and 14,240 controls), and accelerometer-derived measures of sleep efficiency and sleep duration in the UK Biobank (n = 83,726). Our results suggest enrichment of genes involved in ubiquitin-mediated proteolysis and of genes expressed in multiple brain regions, skeletal muscle, and adrenal glands. Evidence of shared genetic factors was found between frequent insomnia symptoms and restless legs syndrome, aging, and cardiometabolic, behavioral, psychiatric, and reproductive traits. Evidence was found for a possible causal link between insomnia symptoms and coronary artery disease, depressive symptoms, and subjective well-being. Genome-wide association analyses identify 57 loci associated with insomnia symptoms and provide evidence of shared genetic architecture between insomnia and cardiometabolic, behavioral, psychiatric and reproductive traits.

Significance Genome editing technologies enable the permanent repair of disease-causing genetic mutations. However, the application of this technology has been limited by the technical challenge of achieving safe, effective, and specific in vivo delivery of the CRISPR-Cas9 genome editing components. Here, we report the development of a newly identified lipid nanoparticle (LNP) for specific delivery of CRISPR-Cas9 mRNA to the liver. While LNPs have been FDA approved for delivery of siRNA to the liver, here we examine their application for genome editing. When compared head-to-head, our delivery platform significantly outperforms the FDA-approved LNP in the efficient delivery of Cas9 mRNA for knockdown of the Angptl3 gene and subsequent regulation of hypercholesterolemia, while matching the safety and specificity of the approved platform.

Analyzing 5770 all-cause cirrhosis cases and 572,850 controls from seven cohorts, we identify a missense variant in the Mitochondrial Amidoxime Reducing Component 1 gene ( MARC1 p.A165T) that associates with protection from all-cause cirrhosis (OR 0.88, p=2.1*10 −8 ). This same variant also associates with lower levels of hepatic fat on computed tomographic imaging and lower odds of physician-diagnosed fatty liver as well as lower blood levels of alanine transaminase (−0.012 SD, 1.4*10 −8 ), alkaline phosphatase (−0.019 SD, 6.6*10 −9 ), total cholesterol (−0.037 SD, p=1*10 −18 ) and LDL cholesterol (−0.035 SD, p=7.3*10 −16 ). Carriers of rare protein-truncating variants in MARC1 had lower liver enzyme levels, cholesterol levels, and reduced odds of liver disease (OR 0.19, p= 0.04) suggesting that deficiency of the MARC1 enzyme protects against cirrhosis.

Importance Atrial fibrillation (AF) has a substantial genetic component. The importance of polygenic risk is well established, while the contribution of rare variants to disease risk warrants characterization in large cohorts. Objective To identify rare predicted loss-of-function (pLOF) variants associated with AF and elucidate their role in risk of AF, cardiomyopathy (CM), and heart failure (HF) in combination with a polygenic risk score (PRS). Design, Setting, and Participants This was a genetic association and nested case-control study. The impact of rare pLOF variants was evaluated on the risk of incident AF. HF and CM were assessed in cause-specific Cox regressions. End of follow-up was July 1, 2022. Data were analyzed from January to October 2023. The UK Biobank enrolled 502 480 individuals aged 40 to 69 years at inclusion in the United Kingdom between March 13, 2006, and October 1, 2010. UK residents of European ancestry were included. Individuals with prior diagnosis of AF were excluded from analyses of incident AF. Exposures Rare pLOF variants and an AF PRS. Main Outcomes and Measures Risk of AF and incident HF or CM prior to and subsequent to AF diagnosis. Results A total of 403 990 individuals (218 489 [54.1%] female) with a median (IQR) age of 58 (51-63) years were included; 24 447 were diagnosed with incident AF over a median (IQR) follow-up period of 13.3 (12.4-14.0) years. Rare pLOF variants in 6 genes ( TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , KDM5B , and C10orf71 ) were associated with AF. Of these, TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , and KDM5B replicated in an external cohort. Combined with high PRS, rare pLOF variants conferred an odds ratio of 7.08 (95% CI, 6.03-8.28) for AF. Carriers with high PRS also had a substantial 10-year risk of AF (16% in female individuals and 24% in male individuals older than 60 years). Rare pLOF variants were associated with increased risk of CM both prior to AF (hazard ratio [HR], 3.13; 95% CI, 2.24-4.36) and subsequent to AF (HR, 2.98; 95% CI, 1.89-4.69). Conclusions and Relevance Rare and common genetic variation were associated with an increased risk of AF. The findings provide insights into the genetic underpinnings of AF and may aid in future genetic risk stratification.

Background: Arterial stiffness index (ASI) has been proposed as an independent mediator of blood pressure phenotypes and coronary artery disease (CAD) risk given epidemiologic associations. However, it is unknown whether these associations represent causal relationships. Here, we leverage human genetics to query whether genetic predisposition to increased ASI (m/s), acquired from finger photoplethysmography (PPG), is associated with elevated blood pressure and CAD risk. Methods: Genome-wide association analysis (GWAS) of ASI was performed in 131,686 participants from the UK Biobank. Across 223,061 separate UK Biobank participants not in the ASI GWAS, an ASI polygenic risk score consisting of the top 6 independent variants (P<5x10-7, LD r2<0.25) was applied. Mendelian randomization analyses of ASI were performed with systolic blood pressure (SBP, N=208,897), diastolic blood pressure (DBP, N=208,894), and incident CAD (7,534 cases) over 10 years follow-up in UK Biobank. The lack of association observed with respect to CAD was replicated among 184,305 participants (60,810 cases) from the Coronary Artery Disease Genetics Consortium (CARDIOGRAMplusC4D). Results: Among the 131,686 individuals with ASI phenotype, median age was 59 (IQR 51-63) years, 70,847 (54%) were female. We replicated previous reports of the epidemiologic association of ASI with SBP (Beta 0.55mmHg, [95% CI, 0.45-0.65], P=5.77x10-24), DBP (Beta 1.05mmHg, [95% CI, 0.99-1.11], P=7.27x10-272), and incident CAD (HR 1.09 [95% CI, 1.05-1.12], P=1.5x10-6) in multivariable models. Genome-wide association analysis of ASI yielded two significant loci (P<5x10-8) at TEX41-ZEB2 and FOXO1, and three suggestive loci (P<5x10-7) at COL4A2-COL4A1, RNF126, and TCF20. While each SD increase in genetic predisposition to elevated ASI was highly associated with SBP (Beta 4.63 mmHg [95% CI, 2.1-7.2]; P=3.37x10-4), and DBP (Beta 2.61 mmHg [95% CI, 1.2-4.0]; P=2.85x10-4), no association was observed with incident CAD in UK Biobank (HR 1.12 [95% CI, 0.55-2.3]; P=0.75), or with prevalent CAD in CARDIOGRAMplusC4D (OR 0.56 [95% CI, 0.26-1.24]; P=0.15). Conclusions: A genetic predisposition to higher ASI was associated with elevated systolic and diastolic blood pressures, but not associated with increased risk of developing CAD.

Identification of individuals at increased genetic risk for a complex disorder such as coronary disease can facilitate treatments or enhanced screening strategies. A rare monogenic mutation associated with increased cholesterol is present in ~1:250 carriers and confers an up to 4-fold increase in coronary risk when compared with non-carriers. Although individual common polymorphisms have modest predictive capacity, their cumulative impact can be aggregated into a polygenic score. Here, we develop a new, genome-wide polygenic score that aggregates information from 6.6 million common polymorphisms and show that this score can similarly identify individuals with a 4-fold increased risk for coronary disease. In >400,000 participants from UK Biobank, the score conforms to a normal distribution and those in the top 2.5% of the distribution are at 4-fold increased risk compared to the remaining 97.5%. Similar patterns are observed with genome-wide polygenic scores for two additional diseases, breast cancer and severe obesity.