The human endometrium, the inner lining of the uterus, exhibits complex, dynamic changes throughout the menstrual cycle in response to ovarian hormones. Aberrant response of endometrial cells to hormones is associated with multiple disorders, including endometriosis. Previous single-cell studies of the endometrium profiled a limited number of donors and lacked consensus in defining cell types and states. Here, we introduce the Human Endometrial Cell Atlas (HECA), a high-resolution single-cell reference atlas, combining published and newly generated single-cell transcriptomics datasets of endometrial biopsies of women with and without endometriosis. The HECA assigned consensus cell types and states, and uncovered novel ones, which we mapped in situ using spatial transcriptomics. We quantified how coordinated interactions between cell states in space and time contribute to endometrial regeneration and differentiation. In the continuously changing functionalis layer, we identified an intricate coordination of TGFβ signalling between stromal and epithelial cells, likely crucial for cell differentiation. In the basalis layer, we defined signalling between fibroblasts and a new epithelial cell population expressing epithelial stem/progenitor markers, suggesting their role in endometrial regeneration. Additionally, integrating the HECA single-cell data with genome-wide association study data and comparing endometrial samples from women with and without endometriosis, we pinpointed subsets of decidualised stromal cells and macrophages as the most dysregulated cell states in endometriosis. Overall, the HECA is an invaluable resource for studying endometrial physiology, investigating endometrial disorders, and guiding the creation of endometrial microphysiological in vitro systems.

Uterine leiomyomata (UL), also known as uterine fibroids, are the most common neoplasms of the reproductive tract and the primary cause for hysterectomy, leading to considerable impact on women's lives as well as high economic burden. Genetic epidemiologic studies indicate that heritable risk factors contribute to UL pathogenesis. Previous genome-wide association studies (GWAS) identified five loci associated with UL at genome-wide significance (P < 5 x 10-8). We conducted GWAS meta-analysis in 20,406 cases and 223,918 female controls of white European ancestry, identifying 24 genome-wide significant independent loci; 17 replicated in an unrelated cohort of 15,068 additional cases and 43,587 female controls. Aggregation of discovery and replication studies (35,474 cases and 267,505 female controls) revealed six additional significant loci. Interestingly, four of the 17 loci identified and replicated in these analyses have also been associated with risk for endometriosis, another common gynecologic disorder. These findings increase our understanding of the biological mechanisms underlying UL development, and suggest overlapping genetic origins with endometriosis.

Miscarriage is a common complex trait that affects 10-25% of clinically confirmed pregnancies. Here we present the first large-scale genetic association analyses with 69,118 cases from five different ancestries for sporadic miscarriage and 750 cases of European ancestry for recurrent miscarriage, and up to 359,469 female controls. We identify one genome-wide significant association on chromosome 13 (rs146350366, minor allele frequency (MAF) 1.2%, Pmeta=3.2×10-8, odds ratio (OR) 1.4 (95% confidence interval (CI) 1.2-1.6) for sporadic miscarriage in our European ancestry meta-analysis (50,060 cases and 174,109 controls), located near FGF9 involved in pregnancy maintenance and progesterone production. Additionally, we identified three genome-wide significant associations for recurrent miscarriage, including a signal on chromosome 9 (rs7859844, MAF=6.4%, Pmeta=1.3×10-8, OR=1.7 (1.4-2.0)) physically interacting with TLE1/TLE4 involved in controlling extravillous trophoblast motility. We further investigate the genetic architecture of miscarriage with biobank-scale Mendelian randomization, heritability and, genetic correlation analyses. Our results implicate that miscarriage etiopathogenesis is partly driven by genetic variation related to gonadotropin regulation, placental biology and progesterone production.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterised by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. The mechanisms by which this arises are poorly understood and it is likely that multiple pathways are involved. The strongest genetic association with IPF is a variant in the promoter of MUC5B where each copy of the risk allele confers a five-fold risk of disease. However, genome-wide association studies have reported additional signals of association implicating multiple pathways including host defence, telomere maintenance, signalling and cell-cell adhesion. Objectives: To improve our understanding of mechanisms that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations. Methods and measurements: We performed the largest genome-wide association study undertaken for IPF susceptibility with a discovery stage comprising up to 2,668 IPF cases and 8,591 controls with replication in an additional 1,467 IPF cases and 11,874 controls. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF. Main results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P<5×10−8) signals of association with IPF susceptibility (near KIF15 , MAD1L1 and DEPTOR ) and confirm associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as-yet unreported IPF risk variants contribute to IPF susceptibility. Conclusions: Novel association signals support the importance of mTOR signalling in lung fibrosis and suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.