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 A diverse set of driver genes, such as regulators of DNA methylation, RNA splicing, and chromatin remodeling, have been associated with pre-malignant clonal expansion of hematopoietic stem cells (HSCs). The factors mediating expansion of these mutant clones remain largely unknown, partially due to a paucity of large cohorts with longitudinal blood sampling. To circumvent this limitation, we developed and validated a method to infer clonal expansion rate from single timepoint data called PACER (passenger-approximated clonal expansion rate). Applying PACER to 5,071 persons with clonal hematopoiesis accurately recapitulated the known fitness effects due to different driver mutations. A genome-wide association study of PACER revealed that a common inherited polymorphism in the TCL1A promoter was associated with slower clonal expansion. Those carrying two copies of this protective allele had up to 80% reduced odds of having driver mutations in TET2, ASXL1, SF3B1, SRSF2 , and JAK2 , but not DNMT3A. TCL1A was not expressed in normal or DNMT3A -mutated HSCs, but the introduction of mutations in TET2 or ASXL1 by CRISPR editing led to aberrant expression of TCL1A and expansion of HSCs in vitro. These effects were abrogated in HSCs from donors carrying the protective TCL1A allele. Our results indicate that the fitness advantage of multiple common driver genes in clonal hematopoiesis is mediated through TCL1A activation. PACER is an approach that can be widely applied to uncover genetic and environmental determinants of pre-malignant clonal expansion in blood and other tissues.

Background In the USA, genetically admixed populations have the highest asthma prevalence and severe asthma exacerbations rates. This could be explained not only by environmental factors but also by genetic variants that exert ethnic-specific effects. However, no admixture mapping has been performed for severe asthma exacerbations. Objective We sought to identify genetic variants associated with severe asthma exacerbations in Hispanic/Latino subgroups by means of admixture mapping analyses and fine mapping, and to assess their transferability to other populations and potential functional roles. Methods We performed an admixture mapping in 1124 Puerto Rican and 625 Mexican American children with asthma. Fine-mapping of the significant peaks was performed via allelic testing of common and rare variants. We performed replication across Hispanic/Latino subgroups, and the transferability to non-Hispanic/Latino populations was assessed in 1001 African Americans, 1250 Singaporeans and 941 Europeans with asthma. The effects of the variants on gene expression and DNA methylation from whole blood were also evaluated in participants with asthma and in silico with data obtained through public databases. Results Genomewide significant associations of Indigenous American ancestry with severe asthma exacerbations were found at 5q32 in Mexican Americans as well as at 13q13-q13.2 and 3p13 in Puerto Ricans. The single nucleotide polymorphism (SNP) rs1144986 ( C5orf46 ) showed consistent effects for severe asthma exacerbations across Hispanic/Latino subgroups, but it was not validated in non-Hispanics/Latinos. This SNP was associated with DPYSL3 DNA methylation and SCGB3A2 gene expression levels. Conclusions Admixture mapping study of asthma exacerbations revealed a novel locus that exhibited Hispanic/Latino-specific effects and regulated DPYSL3 and SCGB3A2 .

ABSTRACT We analyzed whole genome and RNA sequencing data from 2,733 African American and Hispanic/Latino children to explore ancestry- and heterozygosity-related differences in the genetic architecture of whole blood gene expression. We found that heritability of gene expression significantly increases with greater proportion of African genetic ancestry and decreases with higher levels of Indigenous American ancestry, consistent with a relationship between heterozygosity and genetic variance. Among heritable protein-coding genes, the prevalence of statistically significant ancestry-specific expression quantitative trait loci (anc-eQTLs) was 30% in African ancestry and 8% for Indigenous American ancestry segments. Most of the anc-eQTLs (89%) were driven by population differences in allele frequency, demonstrating the importance of measuring gene expression across multiple populations. Transcriptome-wide association analyses of multi-ancestry summary statistics for 28 traits identified 79% more gene-trait pairs using models trained in our admixed population than models trained in GTEx. Our study highlights the importance of large and ancestrally diverse genomic studies for enabling new discoveries of complex trait architecture and reducing disparities.

Abstract Background Short-acting B 2 -adrenergic receptor agonists (SABAs) are the most commonly prescribed asthma medications worldwide. Response to SABAs is measured as bronchodilator drug response (BDR), which varies among racial/ethnic groups in the U.S 1, 2 . However, the genetic variation that contributes to BDR is largely undefined in African Americans with asthma 3 Objective To identify genetic variants that may contribute to differences in BDR in African Americans with asthma. Methods We performed a genome-wide association study of BDR in 949 African American children with asthma, genotyped with the Axiom World Array 4 (Affymetrix, Santa Clara, CA) followed by imputation using 1000 Genomes phase 3 genotypes. We used linear regression models adjusting for age, sex, body mass index and genetic ancestry to test for an association between BDR and genotype at single nucleotide polymorphisms (SNPs). To increase power and distinguish between shared vs. population-specific associations with BDR in children with asthma, we performed a meta-analysis across 949 African Americans and 1,830 Latinos (Total=2,779). Lastly, we performed genome-wide admixture mapping to identify regions whereby local African or European ancestry is associated with BDR in African Americans. Two additional populations of 416 Latinos and 1,325 African Americans were used to replicate significant associations. Results We identified a population-specific association with an intergenic SNP on chromosome 9q21 that was significantly associated with BDR (rs73650726, p=7.69 × 10 −9 ). A trans-ethnic meta-analysis across African Americans and Latinos identified three additional SNPs within the intron of PRKG1 that were significantly associated with BDR (rs7903366, rs7070958, and rs7081864, p≤5 × 10 −8 ). Conclusions Our findings indicate that both population specific and shared genetic variation contributes to differences in BDR in minority children with asthma, and that the genetic underpinnings of BDR may differ between racial/ethnic groups. Key messages A GWAS for BDR in African American children with asthma identified an intergenic population specific variant at 9q21 to be associated with increased bronchodilator drug response (BDR). A meta-analysis of GWAS across African Americans and Latinos identified shared genetic variants at 10q21 in the intron of PRKG1 to be associated with differences in BDR. Further genetic studies need to be performed in diverse populations to identify the full set of genetic variants that contribute to BDR.

Asthma is the most common chronic disease of children, with significant racial/ethnic differences in prevalence, morbidity, mortality and therapeutic response. Albuterol, a bronchodilator medication, is the first-line therapy for asthma treatment worldwide. We performed the largest whole genome sequencing (WGS) pharmacogenetics study to date using data from 1,441 minority children with asthma who had extremely high or low bronchodilator drug response (BDR). We identified population-specific and shared pharmacogenetic variants associated with BDR, including genome-wide significant (p < 3.53 x 10-7) and suggestive (p < 7.06 x 10-6) loci near genes previously associated with lung capacity (DNAH5), immunity (NFKB1 and PLCB1), and β-adrenergic signaling pathways (ADAMTS3 and COX18). Functional analyses centered on NFKB1 revealed potential regulatory function of our BDR-associated SNPs in bronchial smooth muscle cells. Specifically, these variants are in linkage disequilibrium with SNPs in a functionally active enhancer, and are also expression quantitative trait loci (eQTL) for a neighboring gene, SLC39A8. Given the lack of other asthma study populations with WGS data on minority children, replication of our rare variant associations is infeasible. We attempted to replicate our common variant findings in five independent studies with GWAS data. The age-specific associations previously found in asthma and asthma-related traits suggest that the over-representation of adults in our replication populations may have contributed to our lack of statistical replication, despite the functional relevance of the NFKB1 variants demonstrated by our functional assays. Our study expands the understanding of pharmacogenetic analyses in racially/ethnically diverse populations and advances the foundation for precision medicine in at-risk and understudied minority populations.

Abstract Telomere length genome-wide association studies (GWAS) have become well-powered to detect novel genes in telomere length regulation. However, no prior work has validated these putative novel genes to confirm the contribution of GWAS loci to telomere length regulation. We conducted a trans-ancestry meta-analysis of 211,369 individuals. Through enrichment analyses of chromatin state and cell-type heritability we identified blood and immune cells as the most relevant cell type to examine telomere length association signals. We validated specific GWAS associations by overexpressing KBTBD6 , a component of an E3 ubiquitin ligase complex, and POP5 , a component of the Ribonuclease P/MRP complex, and demonstrating that both lengthened telomeres as predicted by our statistical analyses. CRISPR/Cas9 deletion of the predicted causal regions of these association peaks in K562 immortalized blood cells reduced expression of these genes, demonstrating that these loci are related to transcriptional regulation of KBTBD6 and POP5 , respectively. Together our results demonstrate the utility of telomere length GWAS in the identification of novel telomere length regulation mechanisms and highlight the importance of the proteasome-ubiquitin pathway in telomere length regulation.

Ever larger Structural Variant (SV) catalogs highlighting the diversity within and between populations help researchers better understand the links between SVs and disease. The identification of SVs from DNA sequence data is non-trivial and requires a balance between comprehensiveness and precision. Here we present a catalog of 355,667 SVs (59.34% novel) across autosomes and the X chromosome (50bp+) from 138,134 individuals in the diverse TOPMed consortium. We describe our methodologies for SV inference resulting in high variant quality and >90% allele concordance compared to long-read de-novo assemblies of well-characterized control samples. We demonstrate utility through significant associations between SVs and important various cardio-metabolic and hemotologic traits. We have identified 690 SV hotspots and deserts and those that potentially impact the regulation of medically relevant genes. This catalog characterizes SVs across multiple populations and will serve as a valuable tool to understand the impact of SV on disease development and progression.