Abstract To study the effect of host genetics on gut microbiome composition, the MiBioGen consortium curated and analyzed genome-wide genotypes and 16S fecal microbiome data from 18,340 individuals (24 cohorts). Microbial composition showed high variability across cohorts: only 9 out of 410 genera were detected in more than 95% samples. A genome-wide association study (GWAS) of host genetic variation in relation to microbial taxa identified 31 loci affecting microbiome at a genome-wide significant (P<5×10 −8 ) threshold. One locus, the lactase ( LCT ) gene locus, reached study-wide significance (GWAS signal P=1.28×10 −20 ), and it showed an age-dependent association with Bifidobacterium abundance. Other associations were suggestive (1.95×10 −10 <P<5×10 −8 ) but enriched for taxa showing high heritability and for genes expressed in the intestine and brain. A phenome-wide association study and Mendelian randomization identified enrichment of microbiome trait loci in the metabolic, nutrition and environment domains and suggested the microbiome has causal effects in ulcerative colitis and rheumatoid arthritis.

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 Glycaemic traits are used to diagnose and monitor type 2 diabetes, and cardiometabolic health. To date, most genetic studies of glycaemic traits have focused on individuals of European ancestry. Here, we aggregated genome-wide association studies in up to 281,416 individuals without diabetes (30% non-European ancestry) with fasting glucose, 2h-glucose post-challenge, glycated haemoglobin, and fasting insulin data. Trans-ancestry and single-ancestry meta-analyses identified 242 loci (99 novel; P <5×10 -8 ), 80% with no significant evidence of between-ancestry heterogeneity. Analyses restricted to European ancestry individuals with equivalent sample size would have led to 24 fewer new loci. Compared to single-ancestry, equivalent sized trans-ancestry fine-mapping reduced the number of estimated variants in 99% credible sets by a median of 37.5%. Genomic feature, gene-expression and gene-set analyses revealed distinct biological signatures for each trait, highlighting different underlying biological pathways. Our results increase understanding of diabetes pathophysiology by use of trans-ancestry studies for improved power and resolution.

Abstract Resilience and well-being are strongly related. People with higher levels of well-being are more resilient after stressful life events or trauma and vice versa. Less is known about the underlying sources of overlap and causality between the constructs. In a sample of 11.304 twins and 2.572 siblings from the Netherlands Twin Register, we investigated the overlap and possible direction of causation between resilience (i.e. the absence of psychiatric symptoms despite negative life events) and well-being (i.e. satisfaction with life) using polygenic score (PGS) prediction, twin-sibling modelling, and the Mendelian Randomization Direction of Causality (MR-DoC) model. Longitudinal twin-sibling models showed significant phenotypic correlations between resilience and well-being (.41/.51 at time 1 and 2). Well-being PGS were predictive for both well-being and resilience, indicating that genetic factors influencing well-being also predict resilience. Twin-sibling modeling confirmed this genetic correlation (.71) and showed a strong environmental correlation (.93). In line with causality, both genetic (51%) and environmental (49%) factors contributed significantly to the covariance between resilience and well-being. Furthermore, the results of within-subject and MZ twin differences analyses were in line with bidirectional causality. Additionally, we used the MR-DoC model combining both molecular and twin data to test causality, while correcting for pleiotropy. We confirmed the causal effect from well-being to resilience, with the direct effect of well-being explaining 11% (T1) and 20% (T2) of the variance in resilience. Data limitations prevented us to test the directional effect from resilience to well-being with the MR-DoC model. To conclude, we showed a strong relation between well-being and resilience. A first attempt to quantify the direction of this relationship points towards a bidirectional causal effect. If replicated, the potential mutual effects can have implications for interventions to lower psychopathology vulnerability, as resilience and well-being are both negatively related to psychopathology.

We investigated whether obsessive compulsive (OC) symptoms from a population-based sample could be analyzed to detect genetic variants influencing OCD. We performed a GWAS on the obsession (rumination and impulsions) and compulsion (checking, washing, and ordering/precision) subscales of an abbreviated version of the Padua Inventory (N=8267 with genome-wide genotyping and phenotyping). The compulsion subscale showed a substantial and significant positive genetic correlation with an OCD case-control GWAS (rG=0.61, p=0.017) previously published by the Psychiatric Genomics Consortium (PGC-OCD). The obsession subscale and the total Padua score showed no significant genetic correlations (rG=-0.02 and rG=0.42, respectively). A meta-analysis of the compulsive symptoms GWAS with the PGC-OCD revealed no genome-wide significant SNPs (combined N=17992, indicating that the power is still low for individual SNP effects). A gene-based association analysis, however, yielded two novel genes (WDR7 and ADCK1). The top 250 genes in the gene-based test also showed significant increase in enrichment for psychiatric and brain-expressed genes. S-Predixcan testing showed that for genes expressed in hippocampus, amygdala, and caudate nucleus significance increased in the meta-analysis with compulsive symptoms compared to the original PGC-OCD GWAS. Thus, inclusion of dimensional symptom data in genome-wide association on clinical case-control GWAS of OCD may be useful to find genes for OCD if the data are based on quantitative indices of compulsive behavior. SNP-level power increases were limited, but aggregate, gene-level analyses showed increased enrichment for brain-expressed genes related to psychiatric disorders, and increased association with gene-expression in brain tissues with known emotional, reward processing, memory, and fear-formation functions.

The radial unit hypothesis provides a framework for global (proliferation) and regional (distribution) expansion of the primate cerebral cortex. Using principal component analysis (PCA), we have identified cortical regions with shared variance in their surface area and cortical thickness, respectively, segmented from magnetic resonance images obtained in 23,800 participants. We then carried out meta-analyses of genome-wide association studies of the first two principal components for each phenotype. For surface area (but not cortical thickness), we have detected strong associations between each of the components and single nucleotide polymorphisms in a number of gene loci. The first (global) component was associated mainly with loci on chromosome 17 (9.5e-32 ≤ p ≤ 2.8e-10), including those detected previously as linked with intracranial volume and/or general cognitive function. The second (regional) component captured shared variation in the surface area of the primary and adjacent secondary visual cortices and showed a robust association with polymorphisms in a locus on chromosome 14 containing Disheveled Associated Activator of Morphogenesis 1 ( DAAM1 ; p =2.4e-34). DAAM1 is a key component in the planar-cell-polarity signaling pathway. In follow-up studies, we have focused on the latter finding and established that: (1) DAAM1 is highly expressed between 12th and 22nd post-conception weeks in the human cerebral cortex; (2) genes co-expressed with DAAM1 in the primary visual cortex are enriched in mitochondria-related pathways; and (3) volume of the lateral geniculate nucleus, which projects to regions of the visual cortex staining for cytochrome oxidase (a mitochondrial enzyme), correlates with the surface area of the visual cortex in major-allele homozygotes but not in carriers of the minor allele. Altogether, we speculate that, in concert with thalamocortical input to cortical subplate, DAAM1 enables migration of neurons to cytochrome-oxidase rich regions of the visual cortex, and, in turn, facilitates regional expansion of this set of cortical regions during development.

Background: The prevalence of depression is higher in individuals suffering from autoimmune diseases, but the mechanisms underlying the observed comorbidities are unknown. Epidemiological findings point to a bi-directional relationship - that depression increases the risk of developing an autoimmune disease, and vice-versa. Shared genetic etiology is a plausible explanation for the overlap between depression and autoimmune diseases. In this study we tested whether genetic variation in the Major Histocompatibility Complex (MHC), which is associated with risk for autoimmune diseases, is also associated with risk for depression. Method: We fine-mapped the classical MHC (chr6: 29.6-33.1 Mb), imputing 216 Human Leukocyte Antigen (HLA) alleles and four Complement Component 4 (C4) haplotypes in studies from the Psychiatric Genomics Consortium (PGC) Major Depressive Disorder (MDD) working group and the UK Biobank (UKB). In the 26 PGC-MDD studies, cases met a lifetime diagnosis of MDD, determined by a structured diagnostic interview. In the UKB, cases and controls were identified from an online mental health questionnaire. The total sample size was 45,149 depression cases and 86,698 controls. We tested for association between depression status and imputed MHC variants in each study and performed an inverse-variance weighted meta-analysis across the PGC-MDD and UKB samples, applying both a conservative region-wide significance threshold (3.9-e6) and a candidate threshold (1.6e-4). Results: No HLA alleles or C4 haplotypes were associated with depression at the conservative threshold in the PGC, UKB or meta-analysis. HLA-B*08:01 was associated with modest protection for depression at the candidate threshold in the meta-analysis. Under the conservative threshold, 70 SNPs were detected in the UKB and 143 SNPs were detected in the meta-analysis, mirroring previous findings from highly powered GWAS of depression. Discussion: We found no evidence that HLA alleles, which play a major role in the genetic susceptibility to autoimmune diseases, or C4 haplotypes, which are strongly associated with schizophrenia, confer risk for depression. These results indicate that autoimmune diseases and depression do not share common risk loci of moderate or large effect in the MHC.

Subcortical brain structures are integral to motion, consciousness, emotions, and learning. We identified common genetic variation related to the volumes of nucleus accumbens, amygdala, brainstem, caudate nucleus, globus pallidus, putamen, and thalamus, using genome-wide association analyses in over 40,000 individuals from CHARGE, ENIGMA and the UK-Biobank. We show that variability in subcortical volumes is heritable, and identify 25 significantly associated loci (20 novel). Annotation of these loci utilizing gene expression, methylation, and neuropathological data identified 62 candidate genes implicated in neurodevelopment, synaptic signaling, axonal transport, apoptosis, and susceptibility to neurological disorders. This set of genes is significantly enriched for Drosophila orthologs associated with neurodevelopmental phenotypes, suggesting evolutionarily conserved mechanisms. Our findings uncover novel biology and potential drug targets underlying brain development and disease.