Defective Gene Detective Identifying genes that give rise to diseases is one of the major goals of sequencing human genomes. However, putative loss-of-function genes, which are often some of the first identified targets of genome and exome sequencing, have often turned out to be sequencing errors rather than true genetic variants. In order to identify the true scope of loss-of-function genes within the human genome, MacArthur et al. (p. 823 ; see the Perspective by Quintana-Murci ) extensively validated the genomes from the 1000 Genomes Project, as well as an additional European individual, and found that the average person has about 100 true loss-of-function alleles of which approximately 20 have two copies within an individual. Because many known disease-causing genes were identified in “normal” individuals, the process of clinical sequencing needs to reassess how to identify likely causative alleles.

To systematically investigate the impact of immune stimulation upon regulatory variant activity, we exposed primary monocytes from 432 healthy Europeans to interferon-γ (IFN-γ) or differing durations of lipopolysaccharide and mapped expression quantitative trait loci (eQTLs). More than half of cis-eQTLs identified, involving hundreds of genes and associated pathways, are detected specifically in stimulated monocytes. Induced innate immune activity reveals multiple master regulatory trans-eQTLs including the major histocompatibility complex (MHC), coding variants altering enzyme and receptor function, an IFN-β cytokine network showing temporal specificity, and an interferon regulatory factor 2 (IRF2) transcription factor-modulated network. Induced eQTL are significantly enriched for genome-wide association study loci, identifying context-specific associations to putative causal genes including CARD9, ATM, and IRF8. Thus, applying pathophysiologically relevant immune stimuli assists resolution of functional genetic variants.

David Ellinghaus and colleagues report a combined association analysis of five chronic inflammatory diseases. They identify 27 new associations and highlight disease-specific association patterns at shared susceptibility loci. We simultaneously investigated the genetic landscape of ankylosing spondylitis, Crohn's disease, psoriasis, primary sclerosing cholangitis and ulcerative colitis to investigate pleiotropy and the relationship between these clinically related diseases. Using high-density genotype data from more than 86,000 individuals of European ancestry, we identified 244 independent multidisease signals, including 27 new genome-wide significant susceptibility loci and 3 unreported shared risk loci. Complex pleiotropy was supported when contrasting multidisease signals with expression data sets from human, rat and mouse together with epigenetic and expressed enhancer profiles. The comorbidities among the five immune diseases were best explained by biological pleiotropy rather than heterogeneity (a subgroup of cases genetically identical to those with another disease, possibly owing to diagnostic misclassification, molecular subtypes or excessive comorbidity). In particular, the strong comorbidity between primary sclerosing cholangitis and inflammatory bowel disease is likely the result of a unique disease, which is genetically distinct from classical inflammatory bowel disease phenotypes.

BackgroundCrohn's disease and ulcerative colitis are the two major forms of inflammatory bowel disease; treatment strategies have historically been determined by this binary categorisation. Genetic studies have identified 163 susceptibility loci for inflammatory bowel disease, mostly shared between Crohn's disease and ulcerative colitis. We undertook the largest genotype association study, to date, in widely used clinical subphenotypes of inflammatory bowel disease with the goal of further understanding the biological relations between diseases.MethodsThis study included patients from 49 centres in 16 countries in Europe, North America, and Australasia. We applied the Montreal classification system of inflammatory bowel disease subphenotypes to 34 819 patients (19 713 with Crohn's disease, 14 683 with ulcerative colitis) genotyped on the Immunochip array. We tested for genotype–phenotype associations across 156 154 genetic variants. We generated genetic risk scores by combining information from all known inflammatory bowel disease associations to summarise the total load of genetic risk for a particular phenotype. We used these risk scores to test the hypothesis that colonic Crohn's disease, ileal Crohn's disease, and ulcerative colitis are all genetically distinct from each other, and to attempt to identify patients with a mismatch between clinical diagnosis and genetic risk profile.FindingsAfter quality control, the primary analysis included 29 838 patients (16 902 with Crohn's disease, 12 597 with ulcerative colitis). Three loci (NOD2, MHC, and MST1 3p21) were associated with subphenotypes of inflammatory bowel disease, mainly disease location (essentially fixed over time; median follow-up of 10·5 years). Little or no genetic association with disease behaviour (which changed dramatically over time) remained after conditioning on disease location and age at onset. The genetic risk score representing all known risk alleles for inflammatory bowel disease showed strong association with disease subphenotype (p=1·65 × 10−78), even after exclusion of NOD2, MHC, and 3p21 (p=9·23 × 10−18). Predictive models based on the genetic risk score strongly distinguished colonic from ileal Crohn's disease. Our genetic risk score could also identify a small number of patients with discrepant genetic risk profiles who were significantly more likely to have a revised diagnosis after follow-up (p=6·8 × 10−4).InterpretationOur data support a continuum of disorders within inflammatory bowel disease, much better explained by three groups (ileal Crohn's disease, colonic Crohn's disease, and ulcerative colitis) than by Crohn's disease and ulcerative colitis as currently defined. Disease location is an intrinsic aspect of a patient's disease, in part genetically determined, and the major driver to changes in disease behaviour over time.FundingInternational Inflammatory Bowel Disease Genetics Consortium members funding sources (see Acknowledgments for full list).

Inflammatory bowel diseases are chronic gastrointestinal inflammatory disorders that affect millions of people worldwide. Genome-wide association studies have identified 200 inflammatory bowel disease-associated loci, but few have been conclusively resolved to specific functional variants. Here we report fine-mapping of 94 inflammatory bowel disease loci using high-density genotyping in 67,852 individuals. We pinpoint 18 associations to a single causal variant with greater than 95% certainty, and an additional 27 associations to a single variant with greater than 50% certainty. These 45 variants are significantly enriched for protein-coding changes (n = 13), direct disruption of transcription-factor binding sites (n = 3), and tissue-specific epigenetic marks (n = 10), with the last category showing enrichment in specific immune cells among associations stronger in Crohn’s disease and in gut mucosa among associations stronger in ulcerative colitis. The results of this study suggest that high-resolution fine-mapping in large samples can convert many discoveries from genome-wide association studies into statistically convincing causal variants, providing a powerful substrate for experimental elucidation of disease mechanisms. Results of fine-mapping 94 inflammatory bowel disease loci using high-density genotyping in 67,852 individuals and several new fine-mapping methods. Genome-wide association studies for inflammatory bowel disease (IBD) have identified over 200 associated loci but the causal variants at only several of these individual loci have been resolved. Here, Hailiang Hang and colleagues report fine-mapping of 94 of these IBD susceptibility loci using high-density genotyping in 67,852 individuals. They apply several new fine-mapping methods and identify 139 independent associations, 18 of which are resolved to a single causal variant with >95% certainty. This provides an example of how fine-mapping with high-density genotyping in large sample sizes is able to resolve causal variants at GWAS loci, an approach that may be used for other complex traits. To review the detailed fine-mapping results and annotations, a customizable browser is available at http://finemapping.broadinstitute.org .

A major use of the 1000 Genomes Project (1000 GP) data is genotype imputation in genome-wide association studies (GWAS). Here we develop a method to estimate haplotypes from low-coverage sequencing data that can take advantage of single-nucleotide polymorphism (SNP) microarray genotypes on the same samples. First the SNP array data are phased to build a backbone (or 'scaffold') of haplotypes across each chromosome. We then phase the sequence data 'onto' this haplotype scaffold. This approach can take advantage of relatedness between sequenced and non-sequenced samples to improve accuracy. We use this method to create a new 1000 GP haplotype reference set for use by the human genetic community. Using a set of validation genotypes at SNP and bi-allelic indels we show that these haplotypes have lower genotype discordance and improved imputation performance into downstream GWAS samples, especially at low-frequency variants.