Haplotype-based methods offer a powerful approach to disease gene mapping, based on the association between causal mutations and the ancestral haplotypes on which they arose. As part of The SNP Consortium Allele Frequency Projects, we characterized haplotype patterns across 51 autosomal regions (spanning 13 megabases of the human genome) in samples from Africa, Europe, and Asia. We show that the human genome can be parsed objectively into haplotype blocks: sizable regions over which there is little evidence for historical recombination and within which only a few common haplotypes are observed. The boundaries of blocks and specific haplotypes they contain are highly correlated across populations. We demonstrate that such haplotype frameworks provide substantial statistical power in association studies of common genetic variation across each region. Our results provide a foundation for the construction of a haplotype map of the human genome, facilitating comprehensive genetic association studies of human disease.

New strategies for prevention and treatment of type 2 diabetes (T2D) require improved insight into disease etiology. We analyzed 386,731 common single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in 1464 patients with T2D and 1467 matched controls, each characterized for measures of glucose metabolism, lipids, obesity, and blood pressure. With collaborators (FUSION and WTCCC/UKT2D), we identified and confirmed three loci associated with T2D-in a noncoding region near CDKN2A and CDKN2B, in an intron of IGF2BP2, and an intron of CDKAL1-and replicated associations near HHEX and in SLC30A8 found by a recent whole-genome association study. We identified and confirmed association of a SNP in an intron of glucokinase regulatory protein (GCKR) with serum triglycerides. The discovery of associated variants in unsuspected genes and outside coding regions illustrates the ability of genome-wide association studies to provide potentially important clues to the pathogenesis of common diseases.

Pamela Sklar and colleagues report a genome-wide association study of bipolar disorder and identify variants in the genes encoding ankyrin-3 and the alpha-1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel as increasing risk. To identify susceptibility loci for bipolar disorder, we tested 1.8 million variants in 4,387 cases and 6,209 controls and identified a region of strong association (rs10994336, P = 9.1 × 10−9) in ANK3 (ankyrin G). We also found further support for the previously reported CACNA1C (alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel; combined P = 7.0 × 10−8, rs1006737). Our results suggest that ion channelopathies may be involved in the pathogenesis of bipolar disorder.

We performed a genome-wide association scan in 1461 patients with bipolar (BP) 1 disorder, 2008 controls drawn from the Systematic Treatment Enhancement Program for Bipolar Disorder and the University College London sample collections with successful genotyping for 372 193 single nucleotide polymorphisms (SNPs). Our strongest single SNP results are found in myosin5B (MYO5B; P=1.66 × 10−7) and tetraspanin-8 (TSPAN8; P=6.11 × 10−7). Haplotype analysis further supported single SNP results highlighting MYO5B, TSPAN8 and the epidermal growth factor receptor (MYO5B; P=2.04 × 10−8, TSPAN8; P=7.57 × 10−7 and EGFR; P=8.36 × 10−8). For replication, we genotyped 304 SNPs in family-based NIMH samples (n=409 trios) and University of Edinburgh case–control samples (n=365 cases, 351 controls) that did not provide independent replication after correction for multiple testing. A comparison of our strongest associations with the genome-wide scan of 1868 patients with BP disorder and 2938 controls who completed the scan as part of the Wellcome Trust Case–Control Consortium indicates concordant signals for SNPs within the voltage-dependent calcium channel, L-type, alpha 1C subunit (CACNA1C) gene. Given the heritability of BP disorder, the lack of agreement between studies emphasizes that susceptibility alleles are likely to be modest in effect size and require even larger samples for detection.

Abstract Knowledge of “actionable” somatic genomic alterations present in each tumor (e.g., point mutations, small insertions/deletions, and copy-number alterations that direct therapeutic options) should facilitate individualized approaches to cancer treatment. However, clinical implementation of systematic genomic profiling has rarely been achieved beyond limited numbers of oncogene point mutations. To address this challenge, we utilized a targeted, massively parallel sequencing approach to detect tumor genomic alterations in formalin-fixed, paraffin-embedded (FFPE) tumor samples. Nearly 400-fold mean sequence coverage was achieved, and single-nucleotide sequence variants, small insertions/deletions, and chromosomal copynumber alterations were detected simultaneously with high accuracy compared with other methods in clinical use. Putatively actionable genomic alterations, including those that predict sensitivity or resistance to established and experimental therapies, were detected in each tumor sample tested. Thus, targeted deep sequencing of clinical tumor material may enable mutation-driven clinical trials and, ultimately, “personalized” cancer treatment. Significance: Despite the rapid proliferation of targeted therapeutic agents, systematic methods to profile clinically relevant tumor genomic alterations remain underdeveloped. We describe a sequencing-based approach to identifying genomic alterations in FFPE tumor samples. These studies affirm the feasibility and clinical utility of targeted sequencing in the oncology arena and provide a foundation for genomics-based stratification of cancer patients. Cancer Discovery; 2(1); 82–93. ©2011 AACR. Read the Commentary on this article by Corless and Spellman, p. 23 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1

Pediatric Ewing sarcoma is characterized by the expression of chimeric fusions of EWS and ETS family transcription factors, representing a paradigm for studying cancers driven by transcription factor rearrangements. In this study, we describe the somatic landscape of pediatric Ewing sarcoma. These tumors are among the most genetically normal cancers characterized to date, with only EWS-ETS rearrangements identified in the majority of tumors. STAG2 loss, however, is present in more than 15% of Ewing sarcoma tumors; occurs by point mutation, rearrangement, and likely nongenetic mechanisms; and is associated with disease dissemination. Perhaps the most striking finding is the paucity of mutations in immediately targetable signal transduction pathways, highlighting the need for new therapeutic approaches to target EWS-ETS fusions in this disease.We performed next-generation sequencing of Ewing sarcoma, a pediatric cancer involving bone, characterized by expression of EWS-ETS fusions. We found remarkably few mutations. However, we discovered that loss of STAG2 expression occurs in 15% of tumors and is associated with metastatic disease, suggesting a potential genetic vulnerability in Ewing sarcoma.

Genomic scientists have long been promised cheaper DNA sequencing, but deep whole genomes are still costly, especially when considered for large cohorts in population-level studies. More affordable options include microarrays + imputation, whole exome sequencing (WES), or low-pass whole genome sequencing (WGS) + imputation. WES + array + imputation has recently been shown to yield 99% of association signals detected by WGS. However, a method free from ascertainment biases of arrays or the need for merging different data types that still benefits from deeper exome coverage to enhance novel coding variant detection does not exist. We developed a new, combined, "Blended Genome Exome" (BGE) in which a whole genome library is generated, an aliquot of that genome is amplified by PCR, the exome regions are selected and enriched, and the genome and exome libraries are combined back into a single tube for sequencing (33% exome, 67% genome). This creates a single CRAM with a low-coverage whole genome (2-3x) combined with a higher coverage exome (30-40x). This BGE can be used for imputing common variants throughout the genome as well as for calling rare coding variants. We tested this new method and observed >99% r