Martin Tobin and colleagues present genome-wide association studies for pulmonary function as part of the SpiroMeta consortium. Pulmonary function measures are heritable traits that predict morbidity and mortality and define chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We tested genome-wide association with forced expiratory volume in 1 s (FEV1) and the ratio of FEV1 to forced vital capacity (FVC) in the SpiroMeta consortium (n = 20,288 individuals of European ancestry). We conducted a meta-analysis of top signals with data from direct genotyping (n ≤ 32,184 additional individuals) and in silico summary association data from the CHARGE Consortium (n = 21,209) and the Health 2000 survey (n ≤ 883). We confirmed the reported locus at 4q31 and identified associations with FEV1 or FEV1/FVC and common variants at five additional loci: 2q35 in TNS1 (P = 1.11 × 10−12), 4q24 in GSTCD (2.18 × 10−23), 5q33 in HTR4 (P = 4.29 × 10−9), 6p21 in AGER (P = 3.07 × 10−15) and 15q23 in THSD4 (P = 7.24 × 10−15). mRNA analyses showed expression of TNS1, GSTCD, AGER, HTR4 and THSD4 in human lung tissue. These associations offer mechanistic insight into pulmonary function regulation and indicate potential targets for interventions to alleviate respiratory disease.

Martin Tobin and colleagues report a meta-analysis of 23 genome-wide association studies for pulmonary function. They identify 16 loci newly associated with variation in two cross-sectional measures of lung function, used to define airway obstruction and to grade the severity of obstruction. Pulmonary function measures reflect respiratory health and are used in the diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease. We tested genome-wide association with forced expiratory volume in 1 second and the ratio of forced expiratory volume in 1 second to forced vital capacity in 48,201 individuals of European ancestry with follow up of the top associations in up to an additional 46,411 individuals. We identified new regions showing association (combined P < 5 × 10−8) with pulmonary function in or near MFAP2, TGFB2, HDAC4, RARB, MECOM (also known as EVI1), SPATA9, ARMC2, NCR3, ZKSCAN3, CDC123, C10orf11, LRP1, CCDC38, MMP15, CFDP1 and KCNE2. Identification of these 16 new loci may provide insight into the molecular mechanisms regulating pulmonary function and into molecular targets for future therapy to alleviate reduced lung function.

Understanding the genetic basis of airflow obstruction and smoking behaviour is key to determining the pathophysiology of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We used UK Biobank data to study the genetic causes of smoking behaviour and lung health.We sampled individuals of European ancestry from UK Biobank, from the middle and extremes of the forced expiratory volume in 1 s (FEV1) distribution among heavy smokers (mean 35 pack-years) and never smokers. We developed a custom array for UK Biobank to provide optimum genome-wide coverage of common and low-frequency variants, dense coverage of genomic regions already implicated in lung health and disease, and to assay rare coding variants relevant to the UK population. We investigated whether there were shared genetic causes between different phenotypes defined by extremes of FEV1. We also looked for novel variants associated with extremes of FEV1 and smoking behaviour and assessed regions of the genome that had already shown evidence for a role in lung health and disease. We set genome-wide significance at p<5 × 10(-8).UK Biobank participants were recruited from March 15, 2006, to July 7, 2010. Sample selection for the UK BiLEVE study started on Nov 22, 2012, and was completed on Dec 20, 2012. We selected 50,008 unique samples: 10,002 individuals with low FEV1, 10,000 with average FEV1, and 5002 with high FEV1 from each of the heavy smoker and never smoker groups. We noted a substantial sharing of genetic causes of low FEV1 between heavy smokers and never smokers (p=2.29 × 10(-16)) and between individuals with and without doctor-diagnosed asthma (p=6.06 × 10(-11)). We discovered six novel genome-wide significant signals of association with extremes of FEV1, including signals at four novel loci (KANSL1, TSEN54, TET2, and RBM19/TBX5) and independent signals at two previously reported loci (NPNT and HLA-DQB1/HLA-DQA2). These variants also showed association with COPD, including in individuals with no history of smoking. The number of copies of a 150 kb region containing the 5' end of KANSL1, a gene that is important for epigenetic gene regulation, was associated with extremes of FEV1. We also discovered five new genome-wide significant signals for smoking behaviour, including a variant in NCAM1 (chromosome 11) and a variant on chromosome 2 (between TEX41 and PABPC1P2) that has a trans effect on expression of NCAM1 in brain tissue.By sampling from the extremes of the lung function distribution in UK Biobank, we identified novel genetic causes of lung function and smoking behaviour. These results provide new insight into the specific mechanisms underlying airflow obstruction, COPD, and tobacco addiction, and show substantial shared genetic architecture underlying airflow obstruction across individuals, irrespective of smoking behaviour and other airway disease.Medical Research Council.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the leading cause of respiratory mortality worldwide. Genetic risk loci provide new insights into disease pathogenesis. We performed a genome-wide association study in 35,735 cases and 222,076 controls from the UK Biobank and additional studies from the International COPD Genetics Consortium. We identified 82 loci associated with P < 5 × 10

Rationale Lung function measures are heritable traits that predict population morbidity and mortality and are essential for the diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Variations in many genes have been reported to affect these traits, but attempts at replication have provided conflicting results. Recently, we undertook a meta-analysis of Genome Wide Association Study (GWAS) results for lung function measures in 20,288 individuals from the general population (the SpiroMeta consortium). Objectives To comprehensively analyse previously reported genetic associations with lung function measures, and to investigate whether single nucleotide polymorphisms (SNPs) in these genomic regions are associated with lung function in a large population sample. Methods We analysed association for SNPs tagging 130 genes and 48 intergenic regions (+/−10 kb), after conducting a systematic review of the literature in the PubMed database for genetic association studies reporting lung function associations. Results The analysis included 16,936 genotyped and imputed SNPs. No loci showed overall significant association for FEV1 or FEV1/FVC traits using a carefully defined significance threshold of 1.3×10−5. The most significant loci associated with FEV1 include SNPs tagging MACROD2 (P = 6.81×10−5), CNTN5 (P = 4.37×10−4), and TRPV4 (P = 1.58×10−3). Among ever-smokers, SERPINA1 showed the most significant association with FEV1 (P = 8.41×10−5), followed by PDE4D (P = 1.22×10−4). The strongest association with FEV1/FVC ratio was observed with ABCC1 (P = 4.38×10−4), and ESR1 (P = 5.42×10−4) among ever-smokers. Conclusions Polymorphisms spanning previously associated lung function genes did not show strong evidence for association with lung function measures in the SpiroMeta consortium population. Common SERPINA1 polymorphisms may affect FEV1 among smokers in the general population.

Louise Wain, Ian Hall, Martin Tobin and colleagues report genome-wide association analyses of lung function, identifying 43 new signals associated with one or more lung function traits. A genetic risk score derived from these results was significantly associated with risk for chronic obstructive pulmonary disease in independent populations. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by reduced lung function and is the third leading cause of death globally. Through genome-wide association discovery in 48,943 individuals, selected from extremes of the lung function distribution in UK Biobank, and follow-up in 95,375 individuals, we increased the yield of independent signals for lung function from 54 to 97. A genetic risk score was associated with COPD susceptibility (odds ratio per 1 s.d. of the risk score (∼6 alleles) (95% confidence interval) = 1.24 (1.20–1.27), P = 5.05 × 10−49), and we observed a 3.7-fold difference in COPD risk between individuals in the highest and lowest genetic risk score deciles in UK Biobank. The 97 signals show enrichment in genes for development, elastic fibers and epigenetic regulation pathways. We highlight targets for drugs and compounds in development for COPD and asthma (genes in the inositol phosphate metabolism pathway and CHRM3) and describe targets for potential drug repositioning from other clinical indications.

BackgroundIdiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic progressive lung disease with high mortality, uncertain cause, and few treatment options. Studies have identified a significant genetic risk associated with the development of IPF; however, mechanisms by which genetic risk factors promote IPF remain unclear. We aimed to identify genetic variants associated with IPF susceptibility and provide mechanistic insight using gene and protein expression analyses.MethodsWe used a two-stage approach: a genome-wide association study in patients with IPF of European ancestry recruited from nine different centres in the UK and controls selected from UK Biobank (stage 1) matched for age, sex, and smoking status; and a follow-up of associated genetic variants in independent datasets of patients with IPF and controls from two independent US samples from the Chicago consortium and the Colorado consortium (stage 2). We investigated the effect of novel signals on gene expression in large transcriptomic and genomic data resources, and examined expression using lung tissue samples from patients with IPF and controls.Findings602 patients with IPF and 3366 controls were selected for stage 1. For stage 2, 2158 patients with IPF and 5195 controls were selected. We identified a novel genome-wide significant signal of association with IPF susceptibility near A-kinase anchoring protein 13 (AKAP13; rs62025270, odds ratio [OR] 1·27 [95% CI 1·18–1·37], p=1·32 × 10−9) and confirmed previously reported signals, including in mucin 5B (MUC5B; rs35705950, OR 2·89 [2·56–3·26], p=1·12 × 10−66) and desmoplakin (DSP; rs2076295, OR 1·44 [1·35–1·54], p=7·81 × 10−28). For rs62025270, the allele A associated with increased susceptibility to IPF was also associated with increased expression of AKAP13 mRNA in lung tissue from patients who had lung resection procedures (n=1111). We showed that AKAP13 is expressed in the alveolar epithelium and lymphoid follicles from patients with IPF, and AKAP13 mRNA expression was 1·42-times higher in lung tissue from patients with IPF (n=46) than that in lung tissue from controls (n=51).InterpretationAKAP13 is a Rho guanine nucleotide exchange factor regulating activation of RhoA, which is known to be involved in profibrotic signalling pathways. The identification of AKAP13 as a susceptibility gene for IPF increases the prospect of successfully targeting RhoA pathway inhibitors in patients with IPF.FundingUK Medical Research Council, National Heart, Lung, and Blood Institute of the US National Institutes of Health, Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información, Spain, UK National Institute for Health Research, and the British Lung Foundation.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterized by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. Genome-wide association studies have reported signals of association implicating multiple pathways including host defense, telomere maintenance, signaling, and cell-cell adhesion.Objectives: To improve our understanding of factors that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations.Methods: We conducted genome-wide analyses across three independent studies and meta-analyzed these results to generate the largest genome-wide association study of IPF to date (2,668 IPF cases and 8,591 controls). We performed replication in two independent studies (1,456 IPF cases and 11,874 controls) and functional analyses (including statistical fine-mapping, investigations into gene expression, and testing for enrichment of IPF susceptibility signals in regulatory regions) to determine putatively causal genes. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF.Measurements and Main Results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P < 5 × 10-8) signals of association with IPF susceptibility (associated with altered gene expression of KIF15, MAD1L1, and DEPTOR) and confirmed associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as yet unreported IPF susceptibility variants contribute to IPF susceptibility.Conclusions: The observation that decreased DEPTOR expression associates with increased susceptibility to IPF supports recent studies demonstrating the importance of mTOR signaling in lung fibrosis. New signals of association implicating KIF15 and MAD1L1 suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.

Abstract Reduced lung function predicts mortality and is key to the diagnosis of COPD. In a genome-wide association study in 400,102 individuals of European ancestry, we define 279 lung function signals, one-half of which are new. In combination these variants strongly predict COPD in deeply-phenotyped patient populations. Furthermore, the combined effect of these variants showed generalisability across smokers and never-smokers, and across ancestral groups. We highlight biological pathways, known and potential drug targets for COPD and, in phenome-wide association studies, autoimmune-related and other pleiotropic effects of lung function associated variants. This new genetic evidence has potential to improve future preventive and therapeutic strategies for COPD.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the leading cause of respiratory mortality worldwide. Genetic risk loci provide novel insights into disease pathogenesis. To broaden COPD genetic risk loci discovery and identify cell type and phenotype associations we performed a genome-wide association study in 35,735 cases and 222,076 controls from the UK Biobank and additional studies from the International COPD Genetics Consortium. We identified 82 loci with P value < 5x10-8; 47 were previously described in association with either COPD or population-based lung function. Of the remaining 35 novel loci, 13 were associated with lung function in 79,055 individuals from the SpiroMeta consortium. Using gene expression and regulation data, we identified enrichment for loci in lung tissue, smooth muscle and alveolar type II cells. We found 9 shared genomic regions between COPD and asthma and 5 between COPD and pulmonary fibrosis. COPD genetic risk loci clustered into groups of quantitative imaging features and comorbidity associations. Our analyses provide further support to the genetic susceptibility and heterogeneity of COPD.