Patrick Sullivan and colleagues report a multi-stage genome-wide association study for schizophrenia in a Swedish population. They identify 13 loci newly associated with schizophrenia. Schizophrenia is an idiopathic mental disorder with a heritable component and a substantial public health impact. We conducted a multi-stage genome-wide association study (GWAS) for schizophrenia beginning with a Swedish national sample (5,001 cases and 6,243 controls) followed by meta-analysis with previous schizophrenia GWAS (8,832 cases and 12,067 controls) and finally by replication of SNPs in 168 genomic regions in independent samples (7,413 cases, 19,762 controls and 581 parent-offspring trios). We identified 22 loci associated at genome-wide significance; 13 of these are new, and 1 was previously implicated in bipolar disorder. Examination of candidate genes at these loci suggests the involvement of neuronal calcium signaling. We estimate that 8,300 independent, mostly common SNPs (95% credible interval of 6,300–10,200 SNPs) contribute to risk for schizophrenia and that these collectively account for at least 32% of the variance in liability. Common genetic variation has an important role in the etiology of schizophrenia, and larger studies will allow more detailed understanding of this disorder.

The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study because reduced reproduction rates result in negative selection pressure on risk alleles. To date, some copy number variations have been linked to schizophrenia but the studies have been relatively small. Now two independent large-scale genome-wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus but also reveal novel associations. In the first study, a collaboration between SGENE and partners, de novo (spontaneous) copy number variants are reported on chromosomes 1 and 15. In the second study, by the International Schizophrenia Consortium, deletions were also reported on these chromosomes, as was greater overall frequency of copy number variation in the genome. The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study due to reduced reproduction resulting in negative selection pressure on risk alleles. Two independent large-scale genome wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus, but also reveal novel associations. In this study, deletions were reported on chromosomes 1 and 15, as well as a greater overall frequency of copy number variation in the genome. Schizophrenia is a severe mental disorder marked by hallucinations, delusions, cognitive deficits and apathy, with a heritability estimated at 73–90% (ref. 1). Inheritance patterns are complex, and the number and type of genetic variants involved are not understood. Copy number variants (CNVs) have been identified in individual patients with schizophrenia2,3,4,5,6,7 and also in neurodevelopmental disorders8,9,10,11, but large-scale genome-wide surveys have not been performed. Here we report a genome-wide survey of rare CNVs in 3,391 patients with schizophrenia and 3,181 ancestrally matched controls, using high-density microarrays. For CNVs that were observed in less than 1% of the sample and were more than 100 kilobases in length, the total burden is increased 1.15-fold in patients with schizophrenia in comparison with controls. This effect was more pronounced for rarer, single-occurrence CNVs and for those that involved genes as opposed to those that did not. As expected, deletions were found within the region critical for velo-cardio-facial syndrome, which includes psychotic symptoms in 30% of patients12. Associations with schizophrenia were also found for large deletions on chromosome 15q13.3 and 1q21.1. These associations have not previously been reported, and they remained significant after genome-wide correction. Our results provide strong support for a model of schizophrenia pathogenesis that includes the effects of multiple rare structural variants, both genome-wide and at specific loci.

Schizophrenia is a common disease with a complex aetiology, probably involving multiple and heterogeneous genetic factors. Here, by analysing the exome sequences of 2,536 schizophrenia cases and 2,543 controls, we demonstrate a polygenic burden primarily arising from rare (less than 1 in 10,000), disruptive mutations distributed across many genes. Particularly enriched gene sets include the voltage-gated calcium ion channel and the signalling complex formed by the activity-regulated cytoskeleton-associated scaffold protein (ARC) of the postsynaptic density, sets previously implicated by genome-wide association and copy-number variation studies. Similar to reports in autism, targets of the fragile X mental retardation protein (FMRP, product of FMR1) are enriched for case mutations. No individual gene-based test achieves significance after correction for multiple testing and we do not detect any alleles of moderately low frequency (approximately 0.5 to 1 per cent) and moderately large effect. Taken together, these data suggest that population-based exome sequencing can discover risk alleles and complements established gene-mapping paradigms in neuropsychiatric disease. Exome sequence analysis of more than 5,000 schizophrenia cases and controls identifies a polygenic burden primarily arising from rare, disruptive mutations distributed across many genes, among which are those encoding voltage-gated calcium ion channels and the signalling complex formed by the ARC protein of the postsynaptic density; as in autism, mutations were also found in homologues of known targets of the fragile X mental retardation protein. Two major sequencing studies of the exome — the protein-coding portion of the genome — in schizophrenia sufferers and their relatives are published in this issue of Nature. Together they provide strong pointers to specific pathogenic mechanisms that disrupt the glutamatergic synapses in schizophrenia. In particular, mutations that influence the action of the scaffold protein ARC (activity-regulated cytoskeleton-associated protein) are prominently involved, as are mutations in targets of the fragile X mental retardation protein (FMRP). Defects in FMRP have previously been shown to be associated with autism spectrum disorders.

The Psychiatric GWAS Consortium Bipolar Disorder Working Group reports a large-scale genome-wide association study of 7,481 individuals with bipolar disorder with replication in 4,493 cases. The Consortium identifies a new susceptibility locus near ODZ4 and replicates a known association near CACNA1C for bipolar disorder. We conducted a combined genome-wide association study (GWAS) of 7,481 individuals with bipolar disorder (cases) and 9,250 controls as part of the Psychiatric GWAS Consortium. Our replication study tested 34 SNPs in 4,496 independent cases with bipolar disorder and 42,422 independent controls and found that 18 of 34 SNPs had P < 0.05, with 31 of 34 SNPs having signals with the same direction of effect (P = 3.8 × 10−7). An analysis of all 11,974 bipolar disorder cases and 51,792 controls confirmed genome-wide significant evidence of association for CACNA1C and identified a new intronic variant in ODZ4. We identified a pathway comprised of subunits of calcium channels enriched in bipolar disorder association intervals. Finally, a combined GWAS analysis of schizophrenia and bipolar disorder yielded strong association evidence for SNPs in CACNA1C and in the region of NEK4-ITIH1-ITIH3-ITIH4. Our replication results imply that increasing sample sizes in bipolar disorder will confirm many additional loci.

Carbamazepine causes various forms of hypersensitivity reactions, ranging from maculopapular exanthema to severe blistering reactions. The HLA-B*1502 allele has been shown to be strongly correlated with carbamazepine-induced Stevens–Johnson syndrome and toxic epidermal necrolysis (SJS–TEN) in the Han Chinese and other Asian populations but not in European populations.

We report genome-wide ancient DNA from 44 ancient Near Easterners ranging in time between ~12,000 and 1,400 bc, from Natufian hunter–gatherers to Bronze Age farmers. We show that the earliest populations of the Near East derived around half their ancestry from a ‘Basal Eurasian’ lineage that had little if any Neanderthal admixture and that separated from other non-African lineages before their separation from each other. The first farmers of the southern Levant (Israel and Jordan) and Zagros Mountains (Iran) were strongly genetically differentiated, and each descended from local hunter–gatherers. By the time of the Bronze Age, these two populations and Anatolian-related farmers had mixed with each other and with the hunter–gatherers of Europe to greatly reduce genetic differentiation. The impact of the Near Eastern farmers extended beyond the Near East: farmers related to those of Anatolia spread westward into Europe; farmers related to those of the Levant spread southward into East Africa; farmers related to those of Iran spread northward into the Eurasian steppe; and people related to both the early farmers of Iran and to the pastoralists of the Eurasian steppe spread eastward into South Asia. Analysis of DNA from ancient individuals of the Near East documents the extreme substructure among the populations which transitioned to farming, a structure that was maintained throughout the transition from hunter–gatherer to farmer but that broke down over the next five thousand years. David Reich and colleagues report the genomic analysis of samples from 44 individuals who lived from around 12,000 to 1,400 BC in Near East regions, including modern Armenia, Turkey, Israel and Jordan. The analyses provide insights into demographics of the human populations that transitioned to farming.

By impairing both function and survival, the severe reduction in oxygen availability associated with high-altitude environments is likely to act as an agent of natural selection. We used genomic and candidate gene approaches to search for evidence of such genetic selection. First, a genome-wide allelic differentiation scan (GWADS) comparing indigenous highlanders of the Tibetan Plateau (3,200–3,500 m) with closely related lowland Han revealed a genome-wide significant divergence across eight SNPs located near EPAS1 . This gene encodes the transcription factor HIF2α, which stimulates production of red blood cells and thus increases the concentration of hemoglobin in blood. Second, in a separate cohort of Tibetans residing at 4,200 m, we identified 31 EPAS1 SNPs in high linkage disequilibrium that correlated significantly with hemoglobin concentration. The sex-adjusted hemoglobin concentration was, on average, 0.8 g/dL lower in the major allele homozygotes compared with the heterozygotes. These findings were replicated in a third cohort of Tibetans residing at 4,300 m. The alleles associating with lower hemoglobin concentrations were correlated with the signal from the GWADS study and were observed at greatly elevated frequencies in the Tibetan cohorts compared with the Han. High hemoglobin concentrations are a cardinal feature of chronic mountain sickness offering one plausible mechanism for selection. Alternatively, as EPAS1 is pleiotropic in its effects, selection may have operated on some other aspect of the phenotype. Whichever of these explanations is correct, the evidence for genetic selection at the EPAS1 locus from the GWADS study is supported by the replicated studies associating function with the allelic variants.

Better analytical methods are needed to extract biological meaning from genome-wide association studies (GWAS) of psychiatric disorders. Here the authors take GWAS data from over 60,000 subjects, including patients with schizophrenia, bipolar disorder and major depression, and identify common etiological pathways shared amongst them. Genome-wide association studies (GWAS) of psychiatric disorders have identified multiple genetic associations with such disorders, but better methods are needed to derive the underlying biological mechanisms that these signals indicate. We sought to identify biological pathways in GWAS data from over 60,000 participants from the Psychiatric Genomics Consortium. We developed an analysis framework to rank pathways that requires only summary statistics. We combined this score across disorders to find common pathways across three adult psychiatric disorders: schizophrenia, major depression and bipolar disorder. Histone methylation processes showed the strongest association, and we also found statistically significant evidence for associations with multiple immune and neuronal signaling pathways and with the postsynaptic density. Our study indicates that risk variants for psychiatric disorders aggregate in particular biological pathways and that these pathways are frequently shared between disorders. Our results confirm known mechanisms and suggest several novel insights into the etiology of psychiatric disorders.

Progressive functional decline in the epilepsies is largely unexplained. We formed the ENIGMA-Epilepsy consortium to understand factors that influence brain measures in epilepsy, pooling data from 24 research centres in 14 countries across Europe, North and South America, Asia, and Australia. Structural brain measures were extracted from MRI brain scans across 2149 individuals with epilepsy, divided into four epilepsy subgroups including idiopathic generalized epilepsies (n =367), mesial temporal lobe epilepsies with hippocampal sclerosis (MTLE; left, n = 415; right, n = 339), and all other epilepsies in aggregate (n = 1026), and compared to 1727 matched healthy controls. We ranked brain structures in order of greatest differences between patients and controls, by meta-analysing effect sizes across 16 subcortical and 68 cortical brain regions. We also tested effects of duration of disease, age at onset, and age-by-diagnosis interactions on structural measures. We observed widespread patterns of altered subcortical volume and reduced cortical grey matter thickness. Compared to controls, all epilepsy groups showed lower volume in the right thalamus (Cohen's d = -0.24 to -0.73; P < 1.49 × 10-4), and lower thickness in the precentral gyri bilaterally (d = -0.34 to -0.52; P < 4.31 × 10-6). Both MTLE subgroups showed profound volume reduction in the ipsilateral hippocampus (d = -1.73 to -1.91, P < 1.4 × 10-19), and lower thickness in extrahippocampal cortical regions, including the precentral and paracentral gyri, compared to controls (d = -0.36 to -0.52; P < 1.49 × 10-4). Thickness differences of the ipsilateral temporopolar, parahippocampal, entorhinal, and fusiform gyri, contralateral pars triangularis, and bilateral precuneus, superior frontal and caudal middle frontal gyri were observed in left, but not right, MTLE (d = -0.29 to -0.54; P < 1.49 × 10-4). Contrastingly, thickness differences of the ipsilateral pars opercularis, and contralateral transverse temporal gyrus, were observed in right, but not left, MTLE (d = -0.27 to -0.51; P < 1.49 × 10-4). Lower subcortical volume and cortical thickness associated with a longer duration of epilepsy in the all-epilepsies, all-other-epilepsies, and right MTLE groups (beta, b < -0.0018; P < 1.49 × 10-4). In the largest neuroimaging study of epilepsy to date, we provide information on the common epilepsies that could not be realistically acquired in any other way. Our study provides a robust ranking of brain measures that can be further targeted for study in genetic and neuropathological studies. This worldwide initiative identifies patterns of shared grey matter reduction across epilepsy syndromes, and distinctive abnormalities between epilepsy syndromes, which inform our understanding of epilepsy as a network disorder, and indicate that certain epilepsy syndromes involve more widespread structural compromise than previously assumed.

Abstract The epilepsies affect around 65 million people worldwide and have a substantial missing heritability component. We report a genome-wide mega-analysis involving 15,212 individuals with epilepsy and 29,677 controls, which reveals 16 genome-wide significant loci, of which 11 are novel. Using various prioritization criteria, we pinpoint the 21 most likely epilepsy genes at these loci, with the majority in genetic generalized epilepsies. These genes have diverse biological functions, including coding for ion-channel subunits, transcription factors and a vitamin-B6 metabolism enzyme. Converging evidence shows that the common variants associated with epilepsy play a role in epigenetic regulation of gene expression in the brain. The results show an enrichment for monogenic epilepsy genes as well as known targets of antiepileptic drugs. Using SNP-based heritability analyses we disentangle both the unique and overlapping genetic basis to seven different epilepsy subtypes. Together, these findings provide leads for epilepsy therapies based on underlying pathophysiology.