Atopic dermatitis (AD) is characterized by dry skin and a hyperactive immune response to allergens, 2 cardinal features that are caused in part by epidermal barrier defects. Tight junctions (TJs) reside immediately below the stratum corneum and regulate the selective permeability of the paracellular pathway.We evaluated the expression/function of the TJ protein claudin-1 in epithelium from AD and nonatopic subjects and screened 2 American populations for single nucleotide polymorphisms in the claudin-1 gene (CLDN1).Expression profiles of nonlesional epithelium from patients with extrinsic AD, nonatopic subjects, and patients with psoriasis were generated using Illumina's BeadChips. Dysregulated intercellular proteins were validated by means of tissue staining and quantitative PCR. Bioelectric properties of epithelium were measured in Ussing chambers. Functional relevance of claudin-1 was assessed by using a knockdown approach in primary human keratinocytes. Twenty-seven haplotype-tagging SNPs in CLDN1 were screened in 2 independent populations with AD.We observed strikingly reduced expression of the TJ proteins claudin-1 and claudin-23 only in patients with AD, which were validated at the mRNA and protein levels. Claudin-1 expression inversely correlated with T(H)2 biomarkers. We observed a remarkable impairment of the bioelectric barrier function in AD epidermis. In vitro we confirmed that silencing claudin-1 expression in human keratinocytes diminishes TJ function while enhancing keratinocyte proliferation. Finally, CLDN1 haplotype-tagging SNPs revealed associations with AD in 2 North American populations.Collectively, these data suggest that an impairment in tight junctions contributes to the barrier dysfunction and immune dysregulation observed in AD subjects and that this may be mediated in part by reductions in claudin-1.

Identifying the ancestry of chromosomal segments of distinct ancestry has a wide range of applications from disease mapping to learning about history. Most methods require the use of unlinked markers; but, using all markers from genome-wide scanning arrays, it should in principle be possible to infer the ancestry of even very small segments with exquisite accuracy. We describe a method, HAPMIX, which employs an explicit population genetic model to perform such local ancestry inference based on fine-scale variation data. We show that HAPMIX outperforms other methods, and we explore its utility for inferring ancestry, learning about ancestral populations, and inferring dates of admixture. We validate the method empirically by applying it to populations that have experienced recent and ancient admixture: 935 African Americans from the United States and 29 Mozabites from North Africa. HAPMIX will be of particular utility for mapping disease genes in recently admixed populations, as its accurate estimates of local ancestry permit admixture and case-control association signals to be combined, enabling more powerful tests of association than with either signal alone.

Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases, but the mechanisms through which ageing confers this risk are largely unknown1. The age-related acquisition of somatic mutations that lead to clonal expansion in regenerating haematopoietic stem cell populations has recently been associated with both haematological cancer2–4 and coronary heart disease5—this phenomenon is termed clonal haematopoiesis of indeterminate potential (CHIP)6. Simultaneous analyses of germline and somatic whole-genome sequences provide the opportunity to identify root causes of CHIP. Here we analyse high-coverage whole-genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the National Heart, Lung, and Blood Institute Trans-omics for Precision Medicine (TOPMed) programme, and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid and inflammatory traits that are specific to different CHIP driver genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants enabled the identification of three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was specific to individuals of African ancestry. In silico-informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus enabled the identification of a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer, resulting in increased self-renewal of haematopoietic stem cells. Overall, we observe that germline genetic variation shapes haematopoietic stem cell function, leading to CHIP through mechanisms that are specific to clonal haematopoiesis as well as shared mechanisms that lead to somatic mutations across tissues. Analysis of 97,691 high-coverage human blood DNA-derived whole-genome sequences enabled simultaneous identification of germline and somatic mutations that predispose individuals to clonal expansion of haematopoietic stem cells, indicating that both inherited and acquired mutations are linked to age-related cancers and coronary heart disease.

Asthma is a complex disease that has genetic and environmental causes. The genetic factors associated with susceptibility to asthma remain largely unknown.

Asthma, a chronic airway disease with known heritability, affects more than 300 million people around the world. A genome-wide association (GWA) study of asthma with 359 cases from the Childhood Asthma Management Program (CAMP) and 846 genetically matched controls from the Illumina ICONdb public resource was performed. The strongest region of association seen was on chromosome 5q12 in PDE4D. The phosphodiesterase 4D, cAMP-specific (phosphodiesterase E3 dunce homolog, Drosophila) gene (PDE4D) is a regulator of airway smooth-muscle contractility, and PDE4 inhibitors have been developed as medications for asthma. Allelic p values for top SNPs in this region were 4.3 × 10−07 for rs1588265 and 9.7 × 10−07 for rs1544791. Replications were investigated in ten independent populations with different ethnicities, study designs, and definitions of asthma. In seven white and Hispanic replication populations, two PDE4D SNPs had significant results with p values less than 0.05, and five had results in the same direction as the original population but had p values greater than 0.05. Combined p values for 18,891 white and Hispanic individuals (4,342 cases) in our replication populations were 4.1 × 10−04 for rs1588265 and 9.2 × 10−04 for rs1544791. In three black replication populations, which had different linkage disequilibrium patterns than the other populations, original findings were not replicated. Further study of PDE4D variants might lead to improved understanding of the role of PDE4D in asthma pathophysiology and the efficacy of PDE4 inhibitor medications. Asthma, a chronic airway disease with known heritability, affects more than 300 million people around the world. A genome-wide association (GWA) study of asthma with 359 cases from the Childhood Asthma Management Program (CAMP) and 846 genetically matched controls from the Illumina ICONdb public resource was performed. The strongest region of association seen was on chromosome 5q12 in PDE4D. The phosphodiesterase 4D, cAMP-specific (phosphodiesterase E3 dunce homolog, Drosophila) gene (PDE4D) is a regulator of airway smooth-muscle contractility, and PDE4 inhibitors have been developed as medications for asthma. Allelic p values for top SNPs in this region were 4.3 × 10−07 for rs1588265 and 9.7 × 10−07 for rs1544791. Replications were investigated in ten independent populations with different ethnicities, study designs, and definitions of asthma. In seven white and Hispanic replication populations, two PDE4D SNPs had significant results with p values less than 0.05, and five had results in the same direction as the original population but had p values greater than 0.05. Combined p values for 18,891 white and Hispanic individuals (4,342 cases) in our replication populations were 4.1 × 10−04 for rs1588265 and 9.2 × 10−04 for rs1544791. In three black replication populations, which had different linkage disequilibrium patterns than the other populations, original findings were not replicated. Further study of PDE4D variants might lead to improved understanding of the role of PDE4D in asthma pathophysiology and the efficacy of PDE4 inhibitor medications.

We used a deeply sequenced dataset of 910 individuals, all of African descent, to construct a set of DNA sequences that is present in these individuals but missing from the reference human genome. We aligned 1.19 trillion reads from the 910 individuals to the reference genome (GRCh38), collected all reads that failed to align, and assembled these reads into contiguous sequences (contigs). We then compared all contigs to one another to identify a set of unique sequences representing regions of the African pan-genome missing from the reference genome. Our analysis revealed 296,485,284 bp in 125,715 distinct contigs present in the populations of African descent, demonstrating that the African pan-genome contains ~10% more DNA than the current human reference genome. Although the functional significance of nearly all of this sequence is unknown, 387 of the novel contigs fall within 315 distinct protein-coding genes, and the rest appear to be intergenic. Assembly of a pan-genome from 910 humans of African descent identifies 296.5 Mb of novel DNA mapping to 125,715 distinct contigs. This African pan-genome contains ~10% more DNA than the current human reference genome.

ABSTRACT Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases; yet the mechanisms by which aging confers this risk are largely unknown. 1 Recently, the age-related acquisition of somatic mutations in regenerating hematopoietic stem cell populations was associated with both hematologic cancer incidence 2–4 and coronary heart disease prevalence. 5 Somatic mutations with leukemogenic potential may confer selective cellular advantages leading to clonal expansion, a phenomenon termed ‘Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential’ (CHIP). 6 Simultaneous germline and somatic whole genome sequence analysis now provides the opportunity to identify root causes of CHIP. Here, we analyze high-coverage whole genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the NHLBI TOPMed program and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid, and inflammatory traits specific to different CHIP genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants identified three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was African ancestry specific. In silico -informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus identified a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer. Aggregates of rare germline loss-of-function variants in CHEK2 , a DNA damage repair gene, predisposed to CHIP acquisition. Overall, we observe that germline genetic variation altering hematopoietic stem cell function and the fidelity of DNA-damage repair increase the likelihood of somatic mutations leading to CHIP.

Abstract Background Sepsis and associated organ failures confer substantial morbidity and mortality. Xanthine oxidoreductase (XOR) is implicated in the development of tissue oxidative damage in a wide variety of respiratory and cardiovascular disorders including sepsis and sepsis-associated acute respiratory distress syndrome (ARDS). We examined whether single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the XDH gene (encoding XOR) might influence susceptibility to and outcome in patients with sepsis. Methods We genotyped 28 tag SNPs in XDH gene in the CELEG cohort, including 621 European American (EA) and 353 African American (AA) sepsis patients. Serum XOR activity was measured in a subset of CELEG subjects. Additionally, we assessed the functional effects of XDH variants utilizing empirical data from different integrated software tools and datasets. Results Among AA patients, six intronic variants (rs206805, rs513311, rs185925, rs561525, rs2163059, rs13387204), in a region enriched with regulatory elements, were associated with risk of sepsis ( P < 0.008–0.049). Two out of six SNPs (rs561525 and rs2163059) were associated with risk of sepsis-associated ARDS in an independent validation cohort (GEN-SEP) of 590 sepsis patients of European descent. Two common SNPs (rs1884725 and rs4952085) in tight linkage disequilibrium (LD) provided strong evidence for association with increased levels of serum creatinine ( P adjusted <0.0005 and 0.0006, respectively), suggesting a role in increased risk of renal dysfunction. In contrast, among EA ARDS patients, the missense variant rs17011368 (I703V) was associated with enhanced mortality at 60-days ( P < 0.038). We found higher serum XOR activity in 143 sepsis patients (54.5 ± 57.1 mU/mL) compared to 31 controls (20.9 ± 12.4 mU/mL, P = 1.96 × 10 − 13 ). XOR activity was associated with the lead variant rs185925 among AA sepsis patients with ARDS ( P < 0.005 and P adjusted < 0.01). Multifaceted functions of prioritized XDH variants, as suggested by various functional annotation tools, support their potential causality in sepsis. Conclusions Our findings suggest that XOR is a novel combined genetic and biochemical marker for risk and outcome in patients with sepsis and ARDS.

Telomeres shorten in replicating somatic cells and with age; in human leukocytes, telomere length (TL) is associated with a host of aging-related diseases. To date, 16 genome-wide association studies (GWAS) have identified twenty-three loci associated with leukocyte TL, but prior studies were primarily in individuals of European and Asian ancestry and relied on laboratory assays including Southern Blot and qPCR to quantify TL. Here, we estimated TL bioinformatically, leveraging whole genome sequencing (WGS) of whole blood from n=75,176 subjects in the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) Program. We performed the largest multi-ethnic and only WGS-based genome-wide association analysis of TL to date. We identified 22 associated loci (p-value <5x10-8), including 10 novel loci. Three of the novel loci map to genes involved in telomere maintenance and/or DNA damage repair: TERF2, RFWD3, and SAMHD1. Many of the 99 pathways identified in gene set enrichment analysis for the 22 loci (multiple-testing corrected false discovery rate (FDR) <0.05) pertain to telomere biology, including the top five (FDR<1x10-9). Importantly, several loci, including the recently identified TINF2 and ATM loci, showed strong ancestry-specific associations.

BACKGROUND: Asthma is a complex disease with striking disparities across racial and ethnic groups, which may be partly attributable to genetic factors. One of the main goals of the Consortium on Asthma among African-ancestry Populations in the Americas (CAAPA) is to discover genes conferring risk to asthma in populations of African descent. METHODS: We performed a genome-wide meta-analysis of asthma across 11 CAAPA datasets (4,827 asthma cases and 5,397 controls), genotyped on the African Diaspora Power Chip (ADPC) and including existing GWAS array data. The genotype data were imputed up to a whole genome sequence reference panel from n=880 African ancestry individuals for a total of 61,904,576 SNPs. Statistical models appropriate to each study design were used to test for association, and results were combined using the weighted Z-score method. We also used admixture mapping as a complementary approach to identify loci involved in asthma pathogenesis in subjects of African ancestry. RESULTS: SNPs rs787160 and rs17834780 on chromosome 2q22·3 were significantly associated with asthma (p=6 ·57×10−9 and 2·97 × 10−8 respectively). These SNPs lie in the intergenic region between the Rho GTPase Activating Protein 15 (ARHGAP15) and Glycosyltransferase Like Domain Containing 1 (GTDC1) genes. Four low frequency variants on chromosome 1q21.3, which may be involved in the "atopic march" and which are not polymorphic in Europeans, also showed evidence for association with asthma (1·18 × 10−6 ≤p≤3·06 ×10 −6). SNP rs11264909 on chromosome 1q23·1, close to a region previously identified by the EVE asthma meta-analysis as having a putative African ancestry specific effect, only showed differences in counts in subjects homozygous for alleles of African ancestry. Admixture mapping also identified a significantly associated region on chromosome 6q23·2, which includes the Transcription Factor 21 (TCF21) gene, previously shown to be differentially expressed in bronchial tissues of asthmatics and non-asthmatics. CONCLUSIONS: We have identified a number of novel asthma association signals warranting further investigation.