Brainstorming diseases Consistent classification of neuropsychiatric diseases is problematic because it can lead to misunderstanding of etiology. The Brainstorm Consortium examined multiple genome-wide association studies drawn from more than 200,000 patients for 25 brain-associated disorders and 17 phenotypes. Broadly, it appears that psychiatric and neurologic disorders share relatively little common genetic risk. However, different and independent pathways can result in similar clinical manifestations (e.g., psychosis, which occurs in both schizophrenia and Alzheimer's disease). Schizophrenia correlated with many psychiatric disorders, whereas the immunopathological affliction Crohn's disease did not, and posttraumatic stress syndrome was also largely independent of underlying traits. Essentially, the earlier the onset of a disorder, the more inheritable it appeared to be. Science , this issue p. eaap8757

Sekar Kathiresan et al. report genome-wide association studies for polygenic dyslipidemia. From a meta-analysis of seven genome-wide association studies and follow-up in five replication studies, they identify 11 new genetic associations for LDL cholesterol, HDL cholesterol and triglycerides. Blood low-density lipoprotein (LDL) cholesterol, high-density lipoprotein (HDL) cholesterol and triglyceride levels are risk factors for cardiovascular disease. To dissect the polygenic basis of these traits, we conducted genome-wide association screens in 19,840 individuals and replication in up to 20,623 individuals. We identified 30 distinct loci associated with lipoprotein concentrations (each with P < 5 × 10−8), including 11 loci that reached genome-wide significance for the first time. The 11 newly defined loci include common variants associated with LDL cholesterol near ABCG8, MAFB, HNF1A and TIMD4; with HDL cholesterol near ANGPTL4, FADS1-FADS2-FADS3, HNF4A, LCAT, PLTP and TTC39B; and with triglycerides near AMAC1L2, FADS1-FADS2-FADS3 and PLTP. The proportion of individuals exceeding clinical cut points for high LDL cholesterol, low HDL cholesterol and high triglycerides varied according to an allelic dosage score (P < 10−15 for each trend). These results suggest that the cumulative effect of multiple common variants contributes to polygenic dyslipidemia.

The recycling of the amyloid precursor protein (APP) from the cell surface via the endocytic pathways plays a key role in the generation of amyloid beta peptide (Abeta) in Alzheimer disease. We report here that inherited variants in the SORL1 neuronal sorting receptor are associated with late-onset Alzheimer disease. These variants, which occur in at least two different clusters of intronic sequences within the SORL1 gene (also known as LR11 or SORLA) may regulate tissue-specific expression of SORL1. We also show that SORL1 directs trafficking of APP into recycling pathways and that when SORL1 is underexpressed, APP is sorted into Abeta-generating compartments. These data suggest that inherited or acquired changes in SORL1 expression or function are mechanistically involved in causing Alzheimer disease.

DNA methylation levels change with age. Recent studies have identified biomarkers of chronological age based on DNA methylation levels. It is not yet known whether DNA methylation age captures aspects of biological age. Here we test whether differences between people’s chronological ages and estimated ages, DNA methylation age, predict all-cause mortality in later life. The difference between DNA methylation age and chronological age (Δage) was calculated in four longitudinal cohorts of older people. Meta-analysis of proportional hazards models from the four cohorts was used to determine the association between Δage and mortality. A 5-year higher Δage is associated with a 21% higher mortality risk, adjusting for age and sex. After further adjustments for childhood IQ, education, social class, hypertension, diabetes, cardiovascular disease, and APOE e4 status, there is a 16% increased mortality risk for those with a 5-year higher Δage. A pedigree-based heritability analysis of Δage was conducted in a separate cohort. The heritability of Δage was 0.43. DNA methylation-derived measures of accelerated aging are heritable traits that predict mortality independently of health status, lifestyle factors, and known genetic factors.

Germline mutations in the tumour suppressor gene PTEN have been implicated in two hamartoma syndromes that exhibit some clinical overlap, Cowden syndrome (CS) and Bannayan-Riley-Ruvalcaba syndrome (BRR). PTEN maps to 10q23 and encodes a dual specificity phosphatase, a substrate of which is phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate, a phospholipid in the phosphatidylinositol 3-kinase pathway. CS is characterized by multiple hamartomas and an increased risk of benign and malignant disease of the breast, thyroid and central nervous system, whilst the presence of cancer has not been formally documented in BRR. The partial clinical overlap in these two syndromes is exemplified by the hallmark features of BRR: macrocephaly and multiple lipomas, the latter of which occur in a minority of individuals with CS. Additional features observed in BRR, which may also occur in a minority of CS patients, include Hashimoto's thyroiditis, vascular malformations and mental retardation. Pigmented macules of the glans penis, delayed motor development and neonatal or infant onset are noted only in BRR. In this study, constitutive DNA samples from 43 BRR individuals comprising 16 sporadic and 27 familial cases, 11 of which were families with both CS and BRR, were screened for PTEN mutations. Mutations were identified in 26 of 43 (60%) BRR cases. Genotype-phenotype analyses within the BRR group suggested a number of correlations, including the association of PTEN mutation and cancer or breast fibroadenoma in any given CS, BRR or BRR/CS overlap family ( P = 0.014), and, in particular, truncating mutations were associated with the presence of cancer and breast fibroadenoma in a given family ( P = 0.024). Additionally, the presence of lipomas was correlated with the presence of PTEN mutation in BRR patients ( P = 0.028). In contrast to a prior report, no significant difference in mutation status was found in familial versus sporadic cases of BRR ( P = 0.113). Comparisons between BRR and a previously studied group of 37 CS families suggested an increased likelihood of identifying a germline PTEN mutation in families with either CS alone or both CS and BRR when compared with BRR alone ( P = 0.002). Among CS, BRR and BRR/CS overlap families that are PTEN mutation positive, the mutation spectra appear similar. Thus, PTEN mutation-positive CS and BRR may be different presentations of a single syndrome and, hence, both should receive equal attention with respect to cancer surveillance.

Here 106 genomic loci associated with age at menarche, a marker of puberty timing in females, are identified; these loci show enrichment for genes involved in nuclear hormone receptor function, body mass index, and rare disorders of puberty, and for genes located in imprinted regions, with parent-of-origin specific effects at several loci. The age at which females first experience menstruation, called menarche, is a heritable trait associated with risks for obesity, type 2 diabetes, cardiovascular disease, breast cancer and general mortality. This large-scale genome-wide association study identifies 123 signals at 106 genomic loci associated with age at menarche. New findings include parent-of-origin-specific allelic associations (both maternally and paternally driven) at three imprinted loci and the implication of retinoic acid and GABAB receptor II signalling and lysine-specific histone demethylation. These data bring new insights into the genetic architecture of puberty timing and suggest a model involving thousands of genetic variants. Age at menarche is a marker of timing of puberty in females. It varies widely between individuals, is a heritable trait and is associated with risks for obesity, type 2 diabetes, cardiovascular disease, breast cancer and all-cause mortality1. Studies of rare human disorders of puberty and animal models point to a complex hypothalamic-pituitary-hormonal regulation2,3, but the mechanisms that determine pubertal timing and underlie its links to disease risk remain unclear. Here, using genome-wide and custom-genotyping arrays in up to 182,416 women of European descent from 57 studies, we found robust evidence (P < 5 × 10−8) for 123 signals at 106 genomic loci associated with age at menarche. Many loci were associated with other pubertal traits in both sexes, and there was substantial overlap with genes implicated in body mass index and various diseases, including rare disorders of puberty. Menarche signals were enriched in imprinted regions, with three loci (DLK1-WDR25, MKRN3-MAGEL2 and KCNK9) demonstrating parent-of-origin-specific associations concordant with known parental expression patterns. Pathway analyses implicated nuclear hormone receptors, particularly retinoic acid and γ-aminobutyric acid-B2 receptor signalling, among novel mechanisms that regulate pubertal timing in humans. Our findings suggest a genetic architecture involving at least hundreds of common variants in the coordinated timing of the pubertal transition.

The primary aim of genome-wide association studies is to identify novel genetic loci associated with interindividual variation in the levels of risk factors, the degree of subclinical disease, or the risk of clinical disease. The requirement for large sample sizes and the importance of replication have served as powerful incentives for scientific collaboration. Methods- The Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology Consortium was formed to facilitate genome-wide association studies meta-analyses and replication opportunities among multiple large population-based cohort studies, which collect data in a standardized fashion and represent the preferred method for estimating disease incidence. The design of the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology Consortium includes 5 prospective cohort studies from the United States and Europe: the Age, Gene/Environment Susceptibility-Reykjavik Study, the Atherosclerosis Risk in Communities Study, the Cardiovascular Health Study, the Framingham Heart Study, and the Rotterdam Study. With genome-wide data on a total of about 38 000 individuals, these cohort studies have a large number of health-related phenotypes measured in similar ways. For each harmonized trait, within-cohort genome-wide association study analyses are combined by meta-analysis. A prospective meta-analysis of data from all 5 cohorts, with a properly selected level of genome-wide statistical significance, is a powerful approach to finding genuine phenotypic associations with novel genetic loci.The Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology Consortium and collaborating non-member studies or consortia provide an excellent framework for the identification of the genetic determinants of risk factors, subclinical-disease measures, and clinical events.

Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is the second most common cause of presenile dementia. The predominant neuropathology is FTLD with TAR DNA-binding protein (TDP-43) inclusions (FTLD-TDP). FTLD-TDP is frequently familial, resulting from mutations in GRN (which encodes progranulin). We assembled an international collaboration to identify susceptibility loci for FTLD-TDP through a genome-wide association study of 515 individuals with FTLD-TDP. We found that FTLD-TDP associates with multiple SNPs mapping to a single linkage disequilibrium block on 7p21 that contains TMEM106B. Three SNPs retained genome-wide significance following Bonferroni correction (top SNP rs1990622, P = 1.08 x 10(-11); odds ratio, minor allele (C) 0.61, 95% CI 0.53-0.71). The association replicated in 89 FTLD-TDP cases (rs1990622; P = 2 x 10(-4)). TMEM106B variants may confer risk of FTLD-TDP by increasing TMEM106B expression. TMEM106B variants also contribute to genetic risk for FTLD-TDP in individuals with mutations in GRN. Our data implicate variants in TMEM106B as a strong risk factor for FTLD-TDP, suggesting an underlying pathogenic mechanism.

John Perry, Ken Ong and colleagues analyze genotype data on ∼370,000 women and identify 389 independent signals that associate with age at menarche, implicating ∼250 genes. Their analyses suggest causal inverse associations, independent of BMI, between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. The timing of puberty is a highly polygenic childhood trait that is epidemiologically associated with various adult diseases. Using 1000 Genomes Project–imputed genotype data in up to ∼370,000 women, we identify 389 independent signals (P < 5 × 10−8) for age at menarche, a milestone in female pubertal development. In Icelandic data, these signals explain ∼7.4% of the population variance in age at menarche, corresponding to ∼25% of the estimated heritability. We implicate ∼250 genes via coding variation or associated expression, demonstrating significant enrichment in neural tissues. Rare variants near the imprinted genes MKRN3 and DLK1 were identified, exhibiting large effects when paternally inherited. Mendelian randomization analyses suggest causal inverse associations, independent of body mass index (BMI), between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. In aggregate, our findings highlight the complexity of the genetic regulation of puberty timing and support causal links with cancer susceptibility.

Patrick Ellinor and colleagues report a genome-wide association study identifying variants in KCNN3 associated to lone atrial fibrillation. Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained arrhythmia. Previous studies have identified several genetic loci associated with typical AF. We sought to identify common genetic variants underlying lone AF. This condition affects a subset of individuals without overt heart disease and with an increased heritability of AF. We report a meta-analysis of genome-wide association studies conducted using 1,335 individuals with lone AF (cases) and 12,844 unaffected individuals (referents). Cases were obtained from the German AF Network, Heart and Vascular Health Study, the Atherosclerosis Risk in Communities Study, the Cleveland Clinic and Massachusetts General Hospital. We identified an association on chromosome 1q21 to lone AF (rs13376333, adjusted odds ratio = 1.56; P = 6.3 × 10−12), and we replicated this association in two independent cohorts with lone AF (overall combined odds ratio = 1.52, 95% CI 1.40–1.64; P = 1.83 × 10−21). rs13376333 is intronic to KCNN3, which encodes a potassium channel protein involved in atrial repolarization.