Mendelian randomization (MR) permits causal inference between exposures and a disease. It can be compared with randomized controlled trials. Whereas in a randomized controlled trial the randomization occurs at entry into the trial, in MR the randomization occurs during gamete formation and conception. Several factors, including time since conception and sampling variation, are relevant to the interpretation of an MR test. Particularly important is consideration of the “missingness” of genotypes that can be originated by chance, genotyping errors, or clinical ascertainment. Testing for Hardy-Weinberg equilibrium (HWE) is a genetic approach that permits evaluation of missingness. In this paper, the authors demonstrate evidence of nonconformity with HWE in real data. They also perform simulations to characterize the sensitivity of HWE tests to missingness. Unresolved missingness could lead to a false rejection of causality in an MR investigation of trait-disease association. These results indicate that large-scale studies, very high quality genotyping data, and detailed knowledge of the life-course genetics of the alleles/genotypes studied will largely mitigate this risk. The authors also present a Web program (http://www.oege.org/software/hwe-mr-calc.shtml) for estimating possible missingness and an approach to evaluating missingness under different genetic models.

Abstract

 

Objectives

 To determine whether more years spent in education is a causal risk factor for myopia, or whether myopia is a causal risk factor for more years in education. 

Design

 Bidirectional, two sample mendelian randomisation study. 

Setting

 Publically available genetic data from two consortiums applied to a large, independent population cohort. Genetic variants used as proxies for myopia and years of education were derived from two large genome wide association studies: 23andMe and Social Science Genetic Association Consortium (SSGAC), respectively. 

Participants

 67 798 men and women from England, Scotland, and Wales in the UK Biobank cohort with available information for years of completed education and refractive error. 

Main outcome measures

 Mendelian randomisation analyses were performed in two directions: the first exposure was the genetic predisposition to myopia, measured with 44 genetic variants strongly associated with myopia in 23andMe, and the outcome was years in education; and the second exposure was the genetic predisposition to higher levels of education, measured with 69 genetic variants from SSGAC, and the outcome was refractive error. 

Results

 Conventional regression analyses of the observational data suggested that every additional year of education was associated with a more myopic refractive error of −0.18 dioptres/y (95% confidence interval −0.19 to −0.17; P<2e-16). Mendelian randomisation analyses suggested the true causal effect was even stronger: −0.27 dioptres/y (−0.37 to −0.17; P=4e-8). By contrast, there was little evidence to suggest myopia affected education (years in education per dioptre of refractive error −0.008 y/dioptre, 95% confidence interval −0.041 to 0.025, P=0.6). Thus, the cumulative effect of more years in education on refractive error means that a university graduate from the United Kingdom with 17 years of education would, on average, be at least −1 dioptre more myopic than someone who left school at age 16 (with 12 years of education). Myopia of this magnitude would be sufficient to necessitate the use of glasses for driving. Sensitivity analyses showed minimal evidence for genetic confounding that could have biased the causal effect estimates. 

Conclusions

 This study shows that exposure to more years in education contributes to the rising prevalence of myopia. Increasing the length of time spent in education may inadvertently increase the prevalence of myopia and potential future visual disability.

Multiple sclerosis (MS) is a neuro-inflammatory and neurodegenerative disease that is most prevalent in Northern Europe. Although it is known that inherited risk for MS is located within or in close proximity to immune-related genes, it is unknown when, where and how this genetic risk originated1. Here, by using a large ancient genome dataset from the Mesolithic period to the Bronze Age2, along with new Medieval and post-Medieval genomes, we show that the genetic risk for MS rose among pastoralists from the Pontic steppe and was brought into Europe by the Yamnaya-related migration approximately 5,000 years ago. We further show that these MS-associated immunogenetic variants underwent positive selection both within the steppe population and later in Europe, probably driven by pathogenic challenges coinciding with changes in diet, lifestyle and population density. This study highlights the critical importance of the Neolithic period and Bronze Age as determinants of modern immune responses and their subsequent effect on the risk of developing MS in a changing environment.

Abstract Mitochondrial DNA copy number (mtDNA-CN) measured from blood specimens is a minimally invasive marker of mitochondrial function that exhibits both inter-individual and intercellular variation. To identify genes involved in regulating mitochondrial function, we performed a genome-wide association study (GWAS) in 465,809 White individuals from the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology (CHARGE) consortium and the UK Biobank (UKB). We identified 133 SNPs with statistically significant, independent effects associated with mtDNA-CN across 100 loci. A combination of fine-mapping, variant annotation, and co-localization analyses were used to prioritize genes within each of the 133 independent sites. Putative causal genes were enriched for known mitochondrial DNA depletion syndromes ( p = 3.09 x 10 −15 ) and the gene ontology (GO) terms for mtDNA metabolism ( p = 1.43 x 10 −8 ) and mtDNA replication ( p = 1.2 x 10 −7 ). A clustering approach leveraged pleiotropy between mtDNA-CN associated SNPs and 41 mtDNA-CN associated phenotypes to identify functional domains, revealing three distinct groups, including platelet activation, megakaryocyte proliferation, and mtDNA metabolism. Finally, using mitochondrial SNPs, we establish causal relationships between mitochondrial function and a variety of blood cell related traits, kidney function, liver function and overall ( p = 0.044) and non-cancer mortality ( p = 6.56 x 10 −4 ).

Summary T cells have emerged as sex-dependent orchestrators of pain chronification but the sexually dimorphic mechanisms by which T cells control pain sensitivity is not resolved. Here, we demonstrate an influence of regulatory T cells (Tregs) on pain processing that is distinct from their canonical functions of immune regulation and tissue repair. Specifically, meningeal Tregs (mTregs) express the endogenous opioid, enkephalin, and mTreg-derived enkephalin exerts an antinociceptive action through a presynaptic opioid receptor signaling mechanism that is dispensable for immunosuppression. mTregs are both necessary and sufficient for suppressing mechanical pain sensitivity in female but not male mice. Notably, the mTreg modulation of pain thresholds depends on sex-hormones and expansion of enkephalinergic mTregs during gestation imparts a remarkable pregnancy-induced analgesia in a pre-existing, chronic, unremitting neuropathic pain model. These results uncover a fundamental sex-specific, pregnancy-pronounced, and immunologically-derived endogenous opioid circuit for nociceptive regulation with critical implications for pain biology and maternal health. Graphical abstract Highlights Meningeal Treg expansion during gestation orchestrates pregnancy-induced analgesia Gating of allodynia by meningeal Tregs is sex hormone-dependent Treg-derived enkephalin modulates mechanical pain sensitivity, not inflammation Delta opioid receptor on MrgprD + sensory neuron mediates pain processing by mTregs

SUMMARY Multiple sclerosis (MS) is a modern neuro-inflammatory and -degenerative disease, which is most prevalent in Northern Europe. Whilst it is known that inherited risk to MS is located within or within close proximity to immune genes, it is unknown when, where and how this genetic risk originated 1 . By using the largest ancient genome dataset from the Stone Age 2 , along with new Medieval and post-Medieval genomes, we show that many of the genetic risk variants for MS rose to higher frequency among pastoralists located on the Pontic Steppe, and were brought into Europe by the Yamnaya-related migration approximately 5,000 years ago. We further show that these MS-associated immunogenetic variants underwent positive selection both within the Steppe population, and later in Europe, likely driven by pathogenic challenges coinciding with dietary, lifestyle, and population density changes. This study highlights the critical importance of this period as a determinant of modern immune responses and its subsequent impact on the risk of developing MS in a changing environment.

Myopia, or short-sightedness, is one of the leading causes of visual disability in the World. The prevalence of myopia has risen steadily over recent decades, reaching epidemic levels in Southeast Asia. Observational studies have reported associations between educational attainment and myopia. Whether education causes myopia, myopic children are more intelligent, or another factor, like higher socioeconomic status, causes both is unclear since observational studies are prone to confounding and randomised trials of education are unethical. Using bidirectional Mendelian Randomisation, a form of instrumental variable (IV) analysis free from confounding, we show that every additional year in education leads to an increase in myopic refractive error, but that myopia does not lead to higher educational attainment. Our results suggest that current educational methods contribute to the global burden of myopia, and argue that educational policies and practices should take account of this to reduce future visual disability in the population.

Mitochondrial DNA copy number (mtDNA CN) exhibits interindividual and intercellular variation, but few genome-wide association studies (GWAS) of directly assayed mtDNA CN exist. We undertook a GWAS of qPCR-assayed mtDNA CN in the Avon Longitudinal Study of Parents and Children (ALSPAC), and the UK Blood Service (UKBS) cohort. After validating and harmonising data, 5461 ALSPAC mothers (16-43 years at mtDNA CN assay), and 1338 UKBS females (17-69 years) were included in a meta-analysis. Sensitivity analyses restricted to females with white cell-extracted DNA, and adjusted for estimated or assayed cell proportions. Associations were also explored in ALSPAC children, and UKBS males. A neutrophil-associated locus approached genome-wide significance (rs709591 [MED24], β[SE] -0.084 [0.016], p=1.54e-07) in the main meta-analysis of adult females. This association was concordant in magnitude and direction in UKBS males and ALSPAC neonates. SNPs in and around ABHD8 were associated with mtDNA CN in ALSPAC neonates (rs10424198, β[SE] 0.262 [0.034], p=1.40e-14), but not other study groups. In a meta-analysis of unrelated individuals (N=11253), we replicated a published association in TFAM β[SE] 0.046 [0.017], p=0.006), with an effect size much smaller than that observed in the replication analysis of a previous in silico GWAS. In a hypothesis-generating GWAS, we confirm an association between TFAM and mtDNA CN, and present putative loci requiring replication in much larger samples. We discuss the limitations of our work, in terms of measurement error and cellular heterogeneity, and highlight the need for larger studies to better understand nuclear genomic control of mtDNA copy number.

Abstract Mouse models that combine tetracycline-controlled gene expression systems and conditional genetic activation can tightly regulate transgene expression in discrete cell types and tissues. However, the commonly used Tet-Off variant, tetracycline transactivator (tTA), when overexpressed and fully active, can lead to developmental lethality, disease, or more subtle behavioral phenotypes. Here we describe a profound itch phenotype in mice expressing a genetically encoded tTA that is conditionally activated within the Phox2a lineage. Phox2a; tTA mice develop intense, localized scratching and regional skin lesions that can be controlled by the tTA inhibitor, doxycycline. As gabapentin, but not morphine, relieved the scratching, we consider this phenotype to result from chronic neuropathic itch, not pain. In contrast to the Phox2a lineage, mice with tTA activated within the Phox2b lineage, which has many similar areas of recombination within the nervous system, did not recapitulate the scratching phenotype. In Phox2a-Cre mice, but not Phox2b-Cre, intense Cre-dependent reporter expression was found in skin keratinocytes which formed the area at which skin lesions developed. Most interestingly, repeated topical application of the DREADD agonist, CNO, which chronically induced G i signaling in Phox2a-keratinocytes, completely reversed the localized scratching and skin lesions. Furthermore, ablation of TRPV1-expressing, primary afferent neurons reduced the scratching with a time course comparable to that produced by G i -DREADD inhibition. These temporal properties suggest that the neuropathic itch condition arises not only from localized keratinocyte activation of peripheral nerves but also from a persistent, gabapentin-sensitive state of central sensitization.

Y chromosomal (Y-DNA) haplogroups are more widely used in population genetics than in genetic epidemiology, although associations between Y-DNA haplogroups and several traits (including cardio-metabolic traits) have been reported. In apparently homogeneous populations, there is still Y-DNA haplogroup variation which will result from population history. Therefore, hidden stratification and/or differential phenotypic effects by Y-DNA haplogroups could exist. To test this, we hypothesised that stratifying individuals according to their Y-DNA haplogroups before testing associations between autosomal SNPs and phenotypes will yield difference in association. For proof of concept, we derived Y-DNA haplogroups from 6,537 males from two epidemiological cohorts, ALSPAC (N=5,080, 816 Y-DNA SNPs) and 1958 Birth Cohort (N=1,457, 1,849 Y-DNA SNPs). For illustration, we studied well-known associations between 32 SNPs and body mass index (BMI), including associations involving FTO SNPs. Overall, no association was replicated in both cohorts when Y-DNA haplogroups were considered and this suggests that, for BMI at least, there is little evidence of differences in phenotype or gene association by Y-DNA structure. Further studies using other traits, Phenome-wide association studies (PheWAS), haplogroups and/or autosomal SNPs are required to test the generalisability of this approach.