One of the justifiable criticisms of human genetic studies is the underrepresentation of participants from diverse populations. Lack of inclusion must be addressed at-scale to identify causal disease factors and understand the genetic causes of health disparities. We present genome-wide associations for 2068 traits from 635,969 participants in the Department of Veterans Affairs Million Veteran Program, a longitudinal study of diverse United States Veterans. Systematic analysis revealed 13,672 genomic risk loci; 1608 were only significant after including non-European populations. Fine-mapping identified causal variants at 6318 signals across 613 traits. One-third ( n = 2069) were identified in participants from non-European populations. This reveals a broadly similar genetic architecture across populations, highlights genetic insights gained from underrepresented groups, and presents an extensive atlas of genetic associations.

Abstract Cytochrome P450 2D6 ( CYP2D6 ) is a highly polymorphic gene whose protein product metabolizes more than 20% of clinically used drugs. Genetic variations in CYP2D6 are responsible for interindividual heterogeneity in drug response that can lead to drug toxicity and ineffective treatment, making CYP2D6 one of the most important pharmacogenes. Prediction of CYP2D6 phenotype relies on curation of literature-derived functional studies to assign a functional status to CYP2D6 haplotypes. As the number of large-scale sequencing efforts grows, new haplotypes continue to be discovered, and assignment of function is challenging to maintain. To address this challenge, we have trained a deep learning model to predict functional status of CYP2D6 haplotypes, called Hubble.2D6. We find that Hubble.2D6 predicts CYP2D6 haplotype functional status with 88% accuracy in a held out test set and explains a significant amount of the variability in in vitro functional data. Hubble.2D6 may be a useful tool for assigning function to haplotypes with uncurated function, which may be used for screening individuals who are at risk of being poor metabolizers.

Abstract Objective To assess a potential causal relationship between genetic variants associated with plasma lipid traits (high-density lipoprotein cholesterol, HDL; low-density lipoprotein cholesterol, LDL; triglycerides, TG) with risk for breast cancer. Design Mendelian randomization (MR) study. Setting and Participants Data from genome-wide association studies in up to 215,551 subjects from the Million Veterans Project were used to construct genetic instruments for plasma lipid traits. The effect of these instruments on breast cancer risk was evaluated using genetic data from the BCAC consortium based on 122,977 breast cancer cases and 105,974 controls. Exposures Genetically modified plasma levels of LDL, HDL, or TG. Main Outcomes and Measures Odds ratio (OR) for breast cancer risk per standard-deviation increase in HDL, LDL, or TG. Results We observed that a 1-SD genetically determined increase in HDL levels is associated with an increased risk for all breast cancers (HDL: OR=1.08, 95% CI=1.04-1.13, P=7.4×10 −5 ). Multivariable MR analysis, which adjusted for the effects of LDL, TG, body mass index, and age at menarche, corroborated this observation for HDL (OR=1.06, 95% CI=1.03-1.10, P=4.9×10 −4 ) and also a relationship between LDL and breast cancer risk (OR=1.03, 95% CI=1.01-1.07, P=0.02). We did not observe a difference in these relationships when stratified by breast tumor estrogen receptor status. We repeated this analysis using genetic variants independent of the leading association at core HDL pathway genes and found that these variants were also associated with risk for breast cancers (OR=1.11, 95% CI=1.06–1.16, P=1.5×10 −6 ), including gene-specific associations at ABCA1, APOE-APOC1-APOC4-APOC2 and CETP . In addition, we find evidence that genetic variation at the ABO locus affects both lipid levels and breast cancer. Conclusions Genetically elevated plasma HDL levels appear to increase breast cancer risk. Future studies are required to understand the mechanism underlying this putative causal relationship, with the goal to develop potential therapeutic strategies aimed at altering the HDL-mediated effect on breast cancer risk.

Abstract Despite the growing number of genome-wide association studies (GWAS), it remains unclear to what extent gene-by-gene and gene-by-environment interactions influence complex traits in humans. The magnitude of genetic interactions in complex traits has been difficult to quantify because GWAS are generally underpowered to detect individual interactions of small effect. Here, we develop a method to test for genetic interactions that aggregates information across all trait-associated loci. Specifically, we test whether SNPs in regions of European ancestry shared between European American and admixed African American individuals have the same causal effect sizes. We hypothesize that in African Americans, the presence of genetic interactions will drive the causal effect sizes of SNPs in regions of European ancestry to be more similar to those of SNPs in regions of African ancestry. We apply our method to two traits: gene expression in 296 African Americans and 482 European Americans in the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA) and low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) in 74K African Americans and 296K European Americans in the Million Veteran Program (MVP). We find significant evidence for genetic interactions in our analysis of gene expression; for LDL-C, we observe a similar point estimate although this is not significant, likely due to lower statistical power. These results suggest that gene-by-gene or gene-by-environment interactions modify the effect sizes of causal variants in human complex traits.

Abstract Mitochondrial dysfunction alters cellular metabolism, increases tissue oxidative stress, and may be principal to the dysregulated signaling and function of CD4 + T lymphocytes in the elderly. In this proof of principle study, we investigated whether the transfer of functional mitochondria into CD4 + T cells that were isolated from old mice (aged CD4 + T cells), could abrogate aging-associated mitochondrial dysfunction, and improve the aged CD4 + T cell functionality. Our results show that the delivery of exogenous mitochondria to aged non-activated CD4 + T cells led to significant mitochondrial proteome alterations highlighted by improved aerobic metabolism and decreased cellular mitoROS. Additionally, mito-transferred aged CD4 + T cells showed improvements in activation-induced TCR-signaling kinetics displaying markers of activation (CD25), increased IL-2 production, enhanced proliferation ex vivo . Importantly, immune deficient mouse models (RAG-KO) showed that adoptive transfer of mito-transferred naive aged CD4 + T cells, protected recipient mice from influenza A and Mycobacterium tuberculosis infections. These findings support mitochondria as targets of therapeutic intervention in aging.

Abstract Autoimmunity and cancer represent two different aspects of immune dysfunction. Autoimmunity is characterized by breakdowns in immune self-tolerance, while impaired immune surveillance can allow for tumorigenesis. The class I major histocompatibility complex (MHC-I), which displays derivatives of the cellular peptidome for immune surveillance by CD8+ T cells, serves as a common genetic link between these conditions. As melanoma-specific CD8+ T-cells have been shown to target melanocyte-specific peptide antigens more often than melanoma-specific antigens, we investigated whether vitiligo and psoriasis predisposing MHC-I alleles conferred a melanoma protective effect. In individuals with cutaneous melanoma from both The Cancer Genome Atlas (N = 451) and an independent validation cohort (N = 586), MHC-I autoimmune allele carrier status was significantly associated with a later age of melanoma diagnosis. Furthermore, MHC-I autoimmune allele carriers were significantly associated with decreased risk of developing melanoma in the Million Veterans Program cohort (OR = 0.962, p = 0.024). Existing melanoma polygenic risk scores (PRS) did not predict autoimmune allele carrier status, suggesting these alleles provide new risk-relevant information. Mechanisms of autoimmune protection were neither associated with improved melanoma-driver mutation association nor improved gene-level conserved antigen presentation relative to common alleles (population frequency > 1%). However, autoimmune alleles showed higher affinity relative to common alleles for particular windows of melanocyte conserved antigens suggesting a potential relationship between antigen processing, binding, and cell-surface presentation. Overall, this study presents evidence that MHC-I autoimmune risk alleles modulate melanoma risk unaccounted for by current PRS.

Abstract A major challenge of genome-wide association studies (GWAS) is to translate phenotypic associations into biological insights. Here, we integrate a large GWAS on blood lipids involving 1.6 million individuals from five ancestries with a wide array of functional genomic datasets to discover regulatory mechanisms underlying lipid associations. We first prioritize lipid-associated genes with expression quantitative trait locus (eQTL) colocalizations, and then add chromatin interaction data to narrow the search for functional genes. Polygenic enrichment analysis across 697 annotations from a host of tissues and cell types confirms the central role of the liver in lipid levels, and highlights the selective enrichment of adipose-specific chromatin marks in high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides. Overlapping transcription factor (TF) binding sites with lipid-associated loci identifies TFs relevant in lipid biology. In addition, we present an integrative framework to prioritize causal variants at GWAS loci, producing a comprehensive list of candidate causal genes and variants with multiple layers of functional evidence. Two prioritized genes, CREBRF and RRBP1 , show convergent evidence across functional datasets supporting their roles in lipid biology.

Purpose To investigate if aortic stiffening as detected with cardiac MRI is an early phenomenon in the development and progression of heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). Materials and Methods Both clinical and preclinical studies were performed. The clinical study was a secondary analysis of the prospective HFpEF stress trial (August 2017 through September 2019) and included 48 participants (median age, 69 years [range, 65-73 years]; 33 female, 15 male) with noncardiac dyspnea (NCD,

Background: Smoking and family history are major risk factors for abdominal aortic aneurysm (AAA). Smoking is a powerful modulator of DNA methylation, and nicotine can cause heritable epigenetic alterations in animals and humans. We found that nicotine infusion and e-cigarette (e-cig) vaping augment murine AAA, and that parental nicotine infusion augments model AAA in offspring, altering tissue DNA methylation patterns. Hypothesis: We investigated the effects of maternal e-cig vaping in mice on their offspring’s experimental AAA risk, and transgenerational DNA methylation. Methods: Two treatment arms were employed: 1) pre-fertilization or 2) peri-natal. Female ApoE-/- or C57BL6 mice (F0) were exposed to e-cig nicotine (24 mg/ml) puffs, 9 sec/min, 1 hour/day (or room air). Arm 1: treated 28 days, then mated to untreated controls. Arm 2: mated after 1 week of e-cig, then maintained on treatment until gestation was complete. Aortic tissue of 10-week-old F1 offspring was evaluated using RRBS-Seq DNA methylation analysis. Parallel offspring underwent angiotensin-II infusion (1μg/kg/min; ApoE-/-) or elastase infusion (2U/ml for 5 min at 120 mmHg; C57) to induce AAA. Aneurysm growth was ultrasound tracked over 28 days. Results: Maternal vape exposure altered aortic DNA methylation in offspring, with numerous differentially methylated regions (DMRs; q<0.1). Hundreds of these DMRs were located in the same genes previously identified in offspring of nicotine-infused mice (see Background). Vaping altered offspring aortic methylation patterns in AAA-related genes, including miRNAs. DMR pathway analysis was enriched in transcription factors. Further, many DMRs were located in genes harboring risk loci for human AAA from our recent collaborative publication. Maternal e-cig exposure augmented AAA size in both models, arms, and genders (p<0.05). AAA incidence and mortality were increased in ApoE-/- in both genders and arms. Effects were most significant in males. Conclusions: E-cig nicotine exposure augments experimental AAA growth in multiple models across generations. These effects are accompanied by broad aortic epigenetic changes, including in key AAA modulator genes, with enrichment in transcription factors that target known AAA-related genes.

Background: Intermittent fasting and ketogenic diet may improve cardiovascular health. We studied the impact of ketogenic dietary intervention on experimental abdominal aortic aneurysms (AAAs). Methods: AAAs were induced in male mice via topical abluminal porcine pancreatic elastase (PPE) application at laparotomy in C57BL/6J, and 28 day administration of exogenous angiotensin (Ang) II in apolipoprotein E deficient strains, respectively. As feeding regimens, mice were fed standard or ketogenic diets 3 days prior to or 3 days following, AAA induction. Influence on AAA development was assessed by serial transabdominal ultrasonography and histopathologic analysis at sacrifice. Results: Ketogenic diet promotes cardiovascular health in part by increasing ketone body production. The Figure summarizes the influence of ketogenic diet on experimental AAAs in two distinct models. Following PPE application, subsequent aortic diameter enlargement was significantly reduced in mice receiving ketogenic vs. standard diets at 7 and 14 days regardless of specific feeding regimen. On histologic analysis, ketogenic diet feeding resulted in improved aortic medial elastin and smooth muscle cell retention, reduced mural macrophage, CD4 + and CD8 + T and B cell infiltration, and attenuated mural angiogenesis. In the Ang II infusion model, ketogenic diet limited Ang II-induced aortic diameter expansion, lowered AAA incidence and reduced AAA severity. Conclusion: Ketogenic dietary intervention suppressed experimental AAA progression in complementary murine modeling systems. Already popular clinically, this dietary modification may prove effective in limiting clinical AAA disease progression as well as other cardiovascular disease endpoints.