Abstract Susceptibility to obesity in today’s environment has a strong genetic component. Lower socioeconomic position (SEP) is associated with a higher risk of obesity but it is not known if it accentuates genetic susceptibility to obesity. We aimed to use up to 120,000 individuals from the UK Biobank study to test the hypothesis that measures of socioeconomic position accentuate genetic susceptibility to obesity. We used the Townsend deprivation index (TDI) as the main measure of socioeconomic position, and a 69-variant genetic risk score (GRS) as a measure of genetic susceptibility to obesity. We also tested the hypothesis that interactions between BMI genetics and socioeconomic position would result in evidence of interaction with individual measures of the obesogenic environment and behaviours that correlate strongly with socioeconomic position, even if they have no obesogenic role. These measures included self-reported TV watching, diet and physical activity, and an objective measure of activity derived from accelerometers. We performed several negative control tests, including a simulated environment correlated with BMI but not TDI, and sun protection use. We found evidence of gene-environment interactions with TDI (P interaction =3×10 −10 ) such that, within the group of 50% living in the most relatively deprived situations, carrying 10 additional BMI-raising alleles was associated with approximately 3.8 kg extra weight in someone 1.73m tall. In contrast, within the group of 50% living in the least deprivation, carrying 10 additional BMI-raising alleles was associated with approximately 2.9 kg extra weight. We also observed evidence of interaction between sun protection use and BMI genetics, suggesting that residual confounding may result in evidence of non-causal interactions. Our findings provide evidence that relative social deprivation best captures aspects of the obesogenic environment that accentuate the genetic predisposition to obesity in the 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.

As genetic association studies increase in size to 100,000s of individuals, subtle biases may influence conclusions. One possible bias is ″index event bias″ (IEB), also called ″collider bias″, caused by the stratification by, or enrichment for, disease status when testing associations between gene variants and a disease-associated trait. We first provided a statistical framework for quantifying IEB then identified real examples of IEB in a range of study and analytical designs. We observed evidence of biased associations for some disease alleles and genetic risk scores, even in population-based studies. For example, a genetic risk score consisting of type 2 diabetes variants was associated with lower BMI in 113,203 type 2 diabetes controls from the population based UK Biobank study (-0.010 SDs BMI per allele, P=5E-4), entirely driven by IEB. Three of 11 individual type 2 diabetes risk alleles, and 10 of 25 hypertension alleles were associated with lower BMI at p<0.05 in UK Biobank when analyzing disease free individuals only, of which six hypertension alleles remained associated at p<0.05 after correction for IEB. Our analysis suggested that the associations between CCND2 and TCF7L2 diabetes risk alleles and BMI could (at least partially) be explained by IEB. Variants remaining associated after correction may be pleiotropic and include those in CYP17A1 (allele associated with hypertension risk and lower BMI). In conclusion, IEB may result in false positive or negative associations in very large studies stratified or strongly enriched for/against disease cases.

Women with X chromosome aneuploidy such as 45,X (Turner syndrome) or 47,XXX (Triple X syndrome) present with characteristics including differences in stature, increased cardiovascular disease risk and primary ovarian insufficiency. Many women with X chromosome aneuploidy undergo lifetime clinical monitoring for possible complications. However, ascertainment of cases in the clinic may mean that the phenotypic penetrance is overestimated. Studies of prenatally ascertained X chromosome aneuploidy cases have limited follow-up data and so the long-term consequences into adulthood are often not reported. We aimed to characterise the prevalence and phenotypic consequences of X chromosome aneuploidy in a large population of women over 40 years of age. We detected 30 women with 45,X, 186 with mosaic 45,X/46,XX and 110 with 47,XXX among 244,848 UK Biobank women, using SNP array data. The prevalence of non-mosaic 45,X (1/8,162) and 47,XXX (1/2,226) was lower than expected, but was higher for mosaic 45,X/46,XX (1/1,316). The characteristics of women with 45,X were consistent with the characteristics of a clinically recognised Turner syndrome phenotype, including a 17.2cm shorter stature (SD = 5.72cm; P = 1.5 x 10-53) and 16/30 did not report an age at menarche. The phenotype of women with 47,XXX included taller stature (5.3cm; SD = 5.52cm; P = 5.8 x 10-20), earlier menopause age (5.12 years; SD = 5.1 years; P = 1.2 x 10-14) and a lower fluid intelligence score (24%; SD = 29.7%; P = 3.7 x 10-8). In contrast, the characteristics of women with mosaic 45,X/46,XX were much less pronounced than expected. Women with mosaic 45,X/46,XX were less short, had a normal reproductive lifespan and birth rate, and no reported cardiovascular complications. In conclusion, the availability of data from 244,848 women allowed us to assess the phenotypic penetrance of traits associated with X chromosome aneuploidy in an adult population setting. Our results suggest that the clinical management of women with 45,X/46,XX mosaicism should be minimal, particularly those identified incidentally.

Disrupted circadian rhythms and reduced sleep duration are associated with several human diseases, particularly obesity and type 2 diabetes, but little is known about the genetic factors influencing these heritable traits. We performed genome-wide association studies of self-reported chronotype (morning/evening person) and self-reported sleep duration in 128,266 White British individuals from the UK Biobank study. Sixteen variants were associated with chronotype (P<5x10-8), including variants near the known circadian rhythm genes RGS16 (1.21 odds of morningness [95%CI 1.15, 1.27], P=3x10-12) and PER2 (1.09 odds of morningness [95%CI 1.06, 1.12], P=4x10-10). The PER2 signal has previously been associated with iris function. We sought replication using self-reported data from 89,823 23andMe participants; thirteen of the chronotype signals remained significant at P<5x10-8 on meta-analysis and eleven of these reached P<0.05 in the same direction in the 23andMe study. For sleep duration, we replicated one known signal in PAX8 (2.6 [95%CIs 1.9, 3.2] minutes per allele P=5.7x10-16) and identified and replicated two novel associations at VRK2 (2.0 [95% CI: 1.3, 2.7] minutes per allele, P=1.2x10-9; and 1.6 [95% CI: 1.1, 2.2] minutes per allele, P=7.6x10-9). Although we found genetic correlation between chronotype and BMI (rG=0.056, P=0.048); undersleeping and BMI (rG=0.147, P=1x10-5) and oversleeping and BMI (rG=0.097, P=0.039), Mendelian Randomisation analyses provided no consistent evidence of causal associations between BMI or type 2 diabetes and chronotype or sleep duration. Our study provides new insights into the biology of sleep and circadian rhythms in humans.

Variation in human lifespan is 20 to 30% heritable but few genetic variants have been identified. We undertook a Genome Wide Association Study (GWAS) using age at death of parents of middle-aged UK Biobank participants of European decent (n=75,244 with father's and/or mother's data). Genetic risk scores for 19 phenotypes (n=777 proven variants) were also tested. Genotyped variants (n=845,997) explained 10.2% (SD=1.3%) of combined parental longevity. In GWAS, a locus in the nicotine receptor CHRNA3 - previously associated with increased smoking and lung cancer - was associated with paternal age at death, with each protective allele (rs1051730[G]) being associated with 0.03 years later age at father's death (p=3x10-8). Offspring of longer lived parents had more protective alleles (lower genetic risk scores) for coronary artery disease, systolic blood pressure, body mass index, cholesterol and triglyceride levels, type-1 diabetes, inflammatory bowel disease and Alzheimer's disease. In candidate gene analyses, variants in the TOMM40/APOE locus were associated with longevity (including rs429358, p=3x10-5), but FOXO variants were not associated. These results support a multiple protective factors model for achieving longer lifespans in humans, with a prominent role for cardiovascular-related pathways. Several of these genetically influenced risks, including blood pressure and tobacco exposure, are potentially modifiable.

Birth weight (BW) variation is influenced by fetal and maternal genetic and non-genetic factors, and has been reproducibly associated with future cardio-metabolic health outcomes. These associations have been proposed to reflect the lifelong consequences of an adverse intrauterine environment. In earlier work, we demonstrated that much of the negative correlation between BW and adult cardio-metabolic traits could instead be attributable to shared genetic effects. However, that work and other previous studies did not systematically distinguish the direct effects of an individual's own genotype on BW and subsequent disease risk from indirect effects of their mother's correlated genotype, mediated by the intrauterine environment. Here, we describe expanded genome-wide association analyses of own BW (n=321,223) and offspring BW (n=230,069 mothers), which identified 278 independent association signals influencing BW (214 novel). We used structural equation modelling to decompose the contributions of direct fetal and indirect maternal genetic influences on BW, implicating fetal- and maternal-specific mechanisms. We used Mendelian randomization to explore the causal relationships between factors influencing BW through fetal or maternal routes, for example, glycemic traits and blood pressure. Direct fetal genotype effects dominate the shared genetic contribution to the association between lower BW and higher type 2 diabetes risk, whereas the relationship between lower BW and higher later blood pressure (BP) is driven by a combination of indirect maternal and direct fetal genetic effects: indirect effects of maternal BP-raising genotypes act to reduce offspring BW, but only direct fetal genotype effects (once inherited) increase the offspring's later BP. Instrumental variable analysis using maternal BW-lowering genotypes to proxy for an adverse intrauterine environment provided no evidence that it causally raises offspring BP. In successfully separating fetal from maternal genetic effects, this work represents an important advance in genetic studies of perinatal outcomes, and shows that the association between lower BW and higher adult BP is attributable to genetic effects, and not to intrauterine programming.

Fibroblast Growth Factor 21 (FGF21) is a hormone that induces weight loss in model organisms. These findings have led to trials in humans of FGF21 analogues with some showing weight loss and lipid lowering effects. Recent genetic studies have shown that a common allele in the FGF21 gene alters the balance of macronutrients consumed but there was little evidence of an effect on metabolic traits. We studied a common FGF21 allele (A:rs838133) in 451,099 people from the UK Biobank study. We replicated the association between the A allele and higher percentage carbohydrate intake. We then showed that this allele is more strongly associated with body fat distribution, with less fat in the lower body, and higher blood pressure, than it is with BMI, where there is only nominal evidence of an effect. These human phenotypes of naturally occurring variation in the FGF21 gene will inform decisions about FGF21's therapeutic potential.

The duration of pregnancy is influenced by fetal and maternal genetic and non-genetic factors. We conducted a fetal genome-wide association meta-analysis of gestational duration, and early preterm, preterm, and postterm birth in 84,689 infants. One locus on chromosome 2q13 was associated with gestational duration; the association was replicated in 9,291 additional infants (combined P = 3.96 x 10-14). Analysis of 15,536 mother-child pairs showed that the association was driven by fetal rather than maternal genotype. Functional experiments showed that the lead SNP, rs7594852, alters the binding of the HIC1 transcriptional repressor. Genes at the locus include several interleukin 1 family members with roles in pro-inflammatory pathways that are central to the process of parturition. Further understanding of the underlying mechanisms will be of great public health importance, since giving birth either before or after the window of term gestation is associated with increased morbidity and mortality.

Genome-wide association studies (GWAS) of birth weight have focused on fetal genetics, while relatively little is known about how maternal genetic variation influences fetal growth. We aimed to identify maternal genetic variants associated with birth weight that could highlight potentially relevant maternal determinants of fetal growth. We meta-analysed GWAS data on up to 8.7 million SNPs in up to 86,577 women of European descent from the Early Growth Genetics (EGG) Consortium and the UK Biobank. We used structural equation modelling (SEM) and analyses of mother-child pairs to quantify the separate maternal and fetal genetic effects. Maternal SNPs at 10 loci (MTNR1B, HMGA2, SH2B3, KCNAB1, L3MBTL3, GCK, EBF1, TCF7L2, ACTL9 and CYP3A7) showed evidence of association with offspring birth weight at P<5x10-8. The SEM analyses showed at least 7 of the 10 associations were consistent with effects of the maternal genotype acting via the intrauterine environment, rather than via effects of shared alleles with the fetus. Variants, or correlated proxies, at many of the loci had been previously associated with adult traits, including fasting glucose (MTNR1B, GCK and TCF7L2) and sex hormone levels (CYP3A7), and one (EBF1) with gestational duration. The identified associations indicate effects of maternal glucose, cytochrome P450 activity and gestational duration, and potential effects of maternal blood pressure and immune function on fetal growth. Further characterization of these associations, for example in mechanistic and causal analyses, will enhance understanding of the potentially modifiable maternal determinants of fetal growth, with the goal of reducing the morbidity and mortality associated with low and high birth weights.