Abstract Biological ageing estimators derived from DNA methylation (DNAm) data are heritable and correlate with morbidity and mortality. Leveraging DNAm and SNP data from >41,000 individuals, we identify 137 genome-wide significant loci (113 novel) from meta-analyses of four epigenetic clocks and epigenetic surrogate markers for granulocyte proportions and plasminogen activator inhibitor 1 levels, respectively. We report strong genetic correlations with longevity and lifestyle factors such as smoking, education, and obesity. Significant associations are observed in polygenic risk score analysis and to a lesser extent in Mendelian randomization analyses. This study illuminates the genetic architecture underlying epigenetic ageing and its shared genetic contributions with lifestyle factors and longevity.

ABSTRACT Primary Hyperoxaluria Type 1 (PH1) is a rare autosomal recessive metabolic disorder of oxalate metabolism leading to kidney failure as well as multi-organ damage. Overproduction of oxalate occurs in the liver due to an inherited genetic defect in the enzyme alanine-glyoxylate aminotransferase ( AGXT ), causing pathology due to the insolubility of calcium oxalate crystals in body fluids. The main current therapy is dual liver-kidney transplant, which incurs high morbidity and has poor availability in some health systems where PH1 is more prevalent. One approach currently in active clinical investigation targets HAO1 (hydroxyacid oxidase 1), encoding glycolate oxidase, to reduce substrate levels for oxalate production. To inform drug development, we sought individuals with reduced HAO1 function due to naturally occurring genetic variation. Analysis of loss of function variants in 141,456 sequenced individuals suggested individuals with complete HAO1 knockout would only be observed in 1 in 30 million outbred people. However in a large sequencing and health records program (Genes & Health), in populations with substantial autozygosity, we identified a healthy adult individual predicted to have complete knockout of HAO1 due to an ultra rare homozygous frameshift variant (rs1186715161, ENSP00000368066.3:p.Leu333SerfsTer4). Primary care and hospital health records confirmed no apparently related clinical phenotype. At recall, urine and plasma oxalate levels were normal, however plasma glycolate levels (171 nmol/mL) were 12 times the upper limit of normal in healthy, reference individuals (mean+2sd=14 nmol/mL, n=67) while her urinary glycolate levels were 6 times the upper limit of normal. Comparison with preclinical and phase 1 clinical trial data of an RNAi therapeutic targeting HAO1 (lumasiran) suggests the individual likely retains <2% residual glycolate oxidase activity. These results provide important data to support the safety of HAO1 inhibition as a potential chronic therapy for a devastating metabolic disease (PH1). We also suggest that the effect of glycolate oxidase suppression in any potential other roles in humans beyond glycolate oxidation do not lead to clinical phenotypes, at least in this specific individual. This demonstrates the value of studying the lifelong complete knockdown of a target protein in a living human to aid development of a potential therapeutic, both in de-risking the approach and providing potential hypotheses to optimize its development. Furthermore, therapy for PH1 is likely to be required lifelong, in contrast to data from chronicity studies in non-human species or relatively short-term therapeutic studies in people. Our approach demonstrates the potential for improved drug discovery through unlocking relevant evidence hiding in the diversity of human genetic variation.

Abstract Background The identification of expression quantitative trait methylation (eQTMs), defined as associations between DNA methylation levels and gene expression, might help the biological interpretation of epigenome-wide association studies (EWAS). We aimed to identify autosomal cis eQTMs in children’s blood, using data from 832 children of the Human Early Life Exposome (HELIX) project. Methods Blood DNA methylation and gene expression were measured with the Illumina 450K and the Affymetrix HTA v2 arrays, respectively. The relationship between methylation levels and expression of nearby genes (1 Mb window centered at the transcription start site, TSS) was assessed by fitting 13.6 M linear regressions adjusting for sex, age, cohort, and blood cell composition. Results We identified 39,749 blood autosomal cis eQTMs, representing 21,966 unique CpGs (eCpGs, 5.7% of total CpGs) and 8,886 unique transcript clusters (eGenes, 15.3% of total transcript clusters, equivalent to genes). In 87.9% of these cis eQTMs, the eCpG was located at <250 kb from eGene’s TSS; and 58.8% of all eQTMs showed an inverse relationship between the methylation and expression levels. Only around half of the autosomal cis-eQTMs eGenes could be captured through annotation of the eCpG to the closest gene. eCpGs had less measurement error and were enriched for active blood regulatory regions and for CpGs reported to be associated with environmental exposures or phenotypic traits. 40.4% of eQTMs had at least one genetic variant associated with methylation and expression levels. The overlap of autosomal cis eQTMs in children’s blood with those described in adults was small (13.8%), and age-shared cis eQTMs tended to be proximal to the TSS and enriched for genetic variants. Conclusions This catalogue of autosomal cis eQTMs in children’s blood can help the biological interpretation of EWAS findings and is publicly available at https://helixomics.isglobal.org/ . Funding: The study has received funding from the European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-206) under grant agreement no 308333 (HELIX project); the H2020-EU.3.1.2. - Preventing Disease Programme under grant agreement no 874583 (ATHLETE project); from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement no 733206 (LIFECYCLE project), and from the European Joint Programming Initiative “A Healthy Diet for a Healthy Life” (JPI HDHL and Instituto de Salud Carlos III) under the grant agreement no AC18/00006 (NutriPROGRAM project). The genotyping was supported by the project PI17/01225, funded by the Instituto de Salud Carlos III and co-funded by European Union (ERDF, “A way to make Europe”) and the Centro Nacional de Genotipado-CEGEN (PRB2-ISCIII).

Abstract Previous genetic and public health research in the Pakistani population has focused on the role of consanguinity in increasing recessive disease risk, but little is known about its recent population history or the effects of endogamy. Here, we investigate fine-scale population structure, history and consanguinity patterns using genetic and questionnaire data from >4,000 British Pakistani individuals, mostly with roots in Azad Kashmir and Punjab. We reveal strong recent population structure driven by the biraderi social stratification system. We find that all subgroups have had low effective population sizes (N e ) over the last 50 generations, with some showing a decrease in N e 15-20 generations ago that has resulted in extensive identity-by-descent sharing and increased homozygosity. Using new theory, we show that the footprint of regions of homozygosity in the two largest subgroups is about twice that expected naively based on the self-reported consanguinity rates and the inferred historical N e trajectory. These results demonstrate the impact of the cultural practices of endogamy and consanguinity on population structure and genomic diversity in British Pakistanis, and have important implications for medical genetic studies.

Abstract Motivation Metabolomics is an increasingly common part of health research and there is need for pre-analytical data processing. Researchers typically need to characterize the data and to exclude errors within the context of the intended analysis. While some pre-processing steps are common, there is currently a lack of standardization and reporting transparency for these procedures. Results Here we introduce metaboprep , a standardized data processing workflow to extract and characterize high quality metabolomics data sets. The package extracts data from pre-formed worksheets, provides summary statistics and enables the user to select samples and metabolites for their analysis based on a set of quality metrics. A report summarizing quality metrics and the influence of available batch variables on the data is generated for the purpose of open disclosure. Where possible, we provide users flexibility in defining their own selection thresholds. Availability and implementation metaboprep is an open-source R package available at https://github.com/MRCIEU/metaboprep Contact d.a.hughes@bristol.ac.uk or laura.corbin@bristol.ac.uk

Abstract Background Higher birth weight is associated with higher adult body mass index (BMI). If genetic variants can be identified with alleles that predispose to both greater fetal growth and to greater adult adiposity, such shared genetic effects might indicate biological processes important in the early patterning of adiposity. However, variants identified in genome-wide association studies of adult BMI have overall been only weakly associated with birth weight. Genetic variants have recently been identified where one allele is associated with higher adult body fat percentage, but lower risk of metabolic disease, likely due to a favourable body fat distribution. The effect of these adult metabolically favourable adiposity alleles on an individual’s own birth weight is unknown. Aim We aimed to test the effect on birth weight of a fetal genetic predisposition to higher metabolically favourable adult adiposity and to compare this with the effects of a fetal genetic predisposition to higher adult BMI. We also aimed to examine the effects of a genetic predisposition to higher metabolically favourable adult adiposity or BMI on other birth anthropometric traits (length, ponderal index, head circumference and skinfold thickness) and on cord-blood insulin, leptin and adiponectin. Methods We used published GWAS data from up to 406,063 individuals to estimate the fetal effects on birth weight of alleles that are robustly associated with higher metabolically favourable adult adiposity or BMI. We additionally used 9,350 mother-child pairs from four cohorts to test the effects of the same alleles on other birth anthropometric traits and cord-blood markers. In all analyses, we adjusted for potential confounding due to the maternal genotype. We used inverse-variance weighted meta-analyses to combine summary data across SNPs. Results Fetal genetic predisposition to higher metabolically favourable adult adiposity was associated with higher birth weight (10 grams (95% CI: 7 to 13) higher mean birth weight per 1 SD pooled “genetic score”). Fetal genetic predisposition to higher adult BMI was also associated with higher birth weight, but with a smaller magnitude of effect (4 grams (95% CI: 0 to 8) higher mean birth weight per 1 SD pooled “genetic score”) and with higher heterogeneity across SNPs. Effects on other birth anthropometric outcomes were consistent with the effect on birth weight but with wider confidence intervals. There was no strong evidence for an effect on cord-blood markers. Conclusions Some genetic variants previously linked to adult adiposity influence birth weight. Alleles that predispose to higher metabolically favourable adult adiposity collectively have a stronger effect on birth weight than those predisposing to higher BMI. This suggests that the early accumulation of a metabolically favourable fat distribution might underlie part of the observed association between higher birth weight and higher adult BMI. Larger samples are needed to clarify the effects on other birth anthropometric measures and cord-blood markers.

Heterozygous mutations within homozygous sequences descended from a recent common ancestor offer a way to ascertain de novo mutations (DNMs) across multiple generations. Using exome sequences from 3,222 British-Pakistani individuals with high parental relatedness, we estimate a mutation rate of 1.45 ± 0.05 × 10-8 per base pair per generation in autosomal coding sequence, with a corresponding non-crossover gene conversion rate of 8.75 ± 0.05 × 10-6 per base pair per generation. This is at the lower end of exome mutation rates previously estimated in parent-offspring trios, suggesting that post-zygotic mutations contribute little to the human germline mutation rate. We found frequent recurrence of mutations at polymorphic CpG sites, and an increase in C to T mutations in a 5' CCG 3' → 5' CTG 3' context in the Pakistani population compared to Europeans, suggesting that mutational processes have evolved rapidly between human populations.

Background: We characterised the phenotypic consequence of genetic variation at the PCSK9 locus and compared findings with recent trials of pharmacological inhibitors of PCSK9. Methods: Published and individual participant level data (300,000+ participants) were combined to construct a weighted PCSK9 gene-centric score (GS). Fourteen randomized placebo controlled PCSK9 inhibitor trials were included, providing data on 79,578 participants. Results were scaled to a one mmol/L lower LDL-C concentration. Results: The PCSK9 GS (comprising 4 SNPs) associations with plasma lipid and apolipoprotein levels were consistent in direction with treatment effects. The GS odds ratio (OR) for myocardial infarction (MI) was 0.53 (95%CI 0.42; 0.68), compared to a PCSK9 inhibitor effect of 0.90 (95%CI 0.86; 0.93). For ischemic stroke ORs were 0.84 (95%CI 0.57; 1.22) for the GS, compared to 0.85 (95%CI 0.78; 0.93) in the drug trials. ORs with type 2 diabetes mellitus (T2DM) were 1.29 (95% CI 1.11; 1.50) for the GS, as compared to 1.00 (95%CI 0.96; 1.04) for incident T2DM in PCSK9 inhibitor trials. No genetic associations were observed for cancer, heart failure, atrial fibrillation, chronic obstructive pulmonary disease, or Alzheimer's disease - outcomes for which large-scale trial data were unavailable. Conclusions: Genetic variation at the PCSK9 locus recapitulates the effects of therapeutic inhibition of PCSK9 on major blood lipid fractions and MI. Apparent discordance between genetic associations and trial outcome for T2DM might be explained lack by a of statistical precision, or differences in the nature and duration of genetic versus pharmacological perturbation of PCSK9.

In electroencephalographic (EEG) data, power-frequency slope exponents (1/f β ) can provide non-invasive markers of in vivo neural activity excitation-inhibition (E:I) balance. E:I balance may be altered in neurodevelopmental conditions; hence, understanding how 1/f β evolves across infancy/childhood has implications for developing early assessments/interventions. This systematic review (PROSPERO-ID: CRD42023363294) explored the early maturation (0-26yrs) of resting-state EEG 1/f measures (aperiodic [AE], power law [PLE] and Hurst [HE] exponents), including studies containing ≥1 1/f measures and ≥10 typically developing participants. Five databases (including Embase and Scopus) were searched during March 2023. Forty-two studies were identified (N participants=3478). Risk of bias was assessed using the Quality Assessment with Diverse Studies tool. Narrative synthesis of HE data suggests non-stationary EEG activity occurs throughout development. Age-related trends were complex, with rapid decreases in AEs during infancy and heterogenous changes thereafter. Regionally, AE maxima shifted developmentally, potentially reflecting spatial trends in maturing brain connectivity. This work highlights the importance of further characterising the development of 1/f measures to better understand how E:I balance shapes brain and cognitive development.

Complete gene knockouts are highly informative about gene function. We exome sequenced 3,222 British Pakistani-heritage adults with high parental relatedness, discovering 1,111 rare-variant homozygous likely loss of function (rhLOF) genotypes predicted to disrupt (knockout) 781 genes. Based on depletion of rhLOF genotypes, we estimate that 13.6% of knockouts are incompatible with adult life, finding on average 1.6 heterozygous recessive lethal LOF variants per adult. Linking to lifelong health records, we observed no association of rhLOF genotypes with prescription- or doctor-consultation rate, and no disease-related phenotypes in 33 of 42 individuals with rhLOF genotypes in recessive Mendelian disease genes. Phased genome sequencing of a healthy PRDM9 knockout mother, her child and controls, showed meiotic recombination sites localised away from PRDM9-dependent hotspots, demonstrating PRDM9 redundancy in humans.