Host-mediated lung inflammation is present1, and drives mortality2, in the critical illness caused by coronavirus disease 2019 (COVID-19). Host genetic variants associated with critical illness may identify mechanistic targets for therapeutic development3. Here we report the results of the GenOMICC (Genetics Of Mortality In Critical Care) genome-wide association study in 2,244 critically ill patients with COVID-19 from 208 UK intensive care units. We have identified and replicated the following new genome-wide significant associations: on chromosome 12q24.13 (rs10735079, P = 1.65 × 10-8) in a gene cluster that encodes antiviral restriction enzyme activators (OAS1, OAS2 and OAS3); on chromosome 19p13.2 (rs74956615, P = 2.3 × 10-8) near the gene that encodes tyrosine kinase 2 (TYK2); on chromosome 19p13.3 (rs2109069, P = 3.98 × 10-12) within the gene that encodes dipeptidyl peptidase 9 (DPP9); and on chromosome 21q22.1 (rs2236757, P = 4.99 × 10-8) in the interferon receptor gene IFNAR2. We identified potential targets for repurposing of licensed medications: using Mendelian randomization, we found evidence that low expression of IFNAR2, or high expression of TYK2, are associated with life-threatening disease; and transcriptome-wide association in lung tissue revealed that high expression of the monocyte-macrophage chemotactic receptor CCR2 is associated with severe COVID-19. Our results identify robust genetic signals relating to key host antiviral defence mechanisms and mediators of inflammatory organ damage in COVID-19. Both mechanisms may be amenable to targeted treatment with existing drugs. However, large-scale randomized clinical trials will be essential before any change to clinical practice.

The Human Phenotype Ontology (HPO) project, available at http://www.human-phenotype-ontology.org, provides a structured, comprehensive and well-defined set of 10,088 classes (terms) describing human phenotypic abnormalities and 13,326 subclass relations between the HPO classes. In addition we have developed logical definitions for 46% of all HPO classes using terms from ontologies for anatomy, cell types, function, embryology, pathology and other domains. This allows interoperability with several resources, especially those containing phenotype information on model organisms such as mouse and zebrafish. Here we describe the updated HPO database, which provides annotations of 7,278 human hereditary syndromes listed in OMIM, Orphanet and DECIPHER to classes of the HPO. Various meta-attributes such as frequency, references and negations are associated with each annotation. Several large-scale projects worldwide utilize the HPO for describing phenotype information in their datasets. We have therefore generated equivalence mappings to other phenotype vocabularies such as LDDB, Orphanet, MedDRA, UMLS and phenoDB, allowing integration of existing datasets and interoperability with multiple biomedical resources. We have created various ways to access the HPO database content using flat files, a MySQL database, and Web-based tools. All data and documentation on the HPO project can be found online.

Various species of the intestinal microbiota have been associated with the development of colorectal cancer1,2, but it has not been demonstrated that bacteria have a direct role in the occurrence of oncogenic mutations. Escherichia coli can carry the pathogenicity island pks, which encodes a set of enzymes that synthesize colibactin3. This compound is believed to alkylate DNA on adenine residues4,5 and induces double-strand breaks in cultured cells3. Here we expose human intestinal organoids to genotoxic pks+ E. coli by repeated luminal injection over five months. Whole-genome sequencing of clonal organoids before and after this exposure revealed a distinct mutational signature that was absent from organoids injected with isogenic pks-mutant bacteria. The same mutational signature was detected in a subset of 5,876 human cancer genomes from two independent cohorts, predominantly in colorectal cancer. Our study describes a distinct mutational signature in colorectal cancer and implies that the underlying mutational process results directly from past exposure to bacteria carrying the colibactin-producing pks pathogenicity island. Organoids derived from human intestinal cells that are co-cultured with bacteria carrying the genotoxic pks+ island develop a distinct mutational signature associated with colorectal cancer.

Summary

Background

 Fetal structural anomalies, which are detected by ultrasonography, have a range of genetic causes, including chromosomal aneuploidy, copy number variations (CNVs; which are detectable by chromosomal microarrays), and pathogenic sequence variants in developmental genes. Testing for aneuploidy and CNVs is routine during the investigation of fetal structural anomalies, but there is little information on the clinical usefulness of genome-wide next-generation sequencing in the prenatal setting. We therefore aimed to evaluate the proportion of fetuses with structural abnormalities that had identifiable variants in genes associated with developmental disorders when assessed with whole-exome sequencing (WES). 

Methods

 In this prospective cohort study, two groups in Birmingham and London recruited patients from 34 fetal medicine units in England and Scotland. We used whole-exome sequencing (WES) to evaluate the presence of genetic variants in developmental disorder genes (diagnostic genetic variants) in a cohort of fetuses with structural anomalies and samples from their parents, after exclusion of aneuploidy and large CNVs. Women were eligible for inclusion if they were undergoing invasive testing for identified nuchal translucency or structural anomalies in their fetus, as detected by ultrasound after 11 weeks of gestation. The partners of these women also had to consent to participate. Sequencing results were interpreted with a targeted virtual gene panel for developmental disorders that comprised 1628 genes. Genetic results related to fetal structural anomaly phenotypes were then validated and reported postnatally. The primary endpoint, which was assessed in all fetuses, was the detection of diagnostic genetic variants considered to have caused the fetal developmental anomaly. 

Findings

 The cohort was recruited between Oct 22, 2014, and June 29, 2017, and clinical data were collected until March 31, 2018. After exclusion of fetuses with aneuploidy and CNVs, 610 fetuses with structural anomalies and 1202 matched parental samples (analysed as 596 fetus-parental trios, including two sets of twins, and 14 fetus-parent dyads) were analysed by WES. After bioinformatic filtering and prioritisation according to allele frequency and effect on protein and inheritance pattern, 321 genetic variants (representing 255 potential diagnoses) were selected as potentially pathogenic genetic variants (diagnostic genetic variants), and these variants were reviewed by a multidisciplinary clinical review panel. A diagnostic genetic variant was identified in 52 (8·5%; 95% CI 6·4–11·0) of 610 fetuses assessed and an additional 24 (3·9%) fetuses had a variant of uncertain significance that had potential clinical usefulness. Detection of diagnostic genetic variants enabled us to distinguish between syndromic and non-syndromic fetal anomalies (eg, congenital heart disease only vs a syndrome with congenital heart disease and learning disability). Diagnostic genetic variants were present in 22 (15·4%) of 143 fetuses with multisystem anomalies (ie, more than one fetal structural anomaly), nine (11·1%) of 81 fetuses with cardiac anomalies, and ten (15·4%) of 65 fetuses with skeletal anomalies; these phenotypes were most commonly associated with diagnostic variants. However, diagnostic genetic variants were least common in fetuses with isolated increased nuchal translucency (≥4·0 mm) in the first trimester (in three [3·2%] of 93 fetuses). 

Interpretation

 WES facilitates genetic diagnosis of fetal structural anomalies, which enables more accurate predictions of fetal prognosis and risk of recurrence in future pregnancies. However, the overall detection of diagnostic genetic variants in a prospectively ascertained cohort with a broad range of fetal structural anomalies is lower than that suggested by previous smaller-scale studies of fewer phenotypes. WES improved the identification of genetic disorders in fetuses with structural abnormalities; however, before clinical implementation, careful consideration should be given to case selection to maximise clinical usefulness. 

Funding

 UK Department of Health and Social Care and The Wellcome Trust.

Inherited retinal disease is a common cause of visual impairment and represents a highly heterogeneous group of conditions. Here, we present findings from a cohort of 722 individuals with inherited retinal disease, who have had whole-genome sequencing (n = 605), whole-exome sequencing (n = 72), or both (n = 45) performed, as part of the NIHR-BioResource Rare Diseases research study. We identified pathogenic variants (single-nucleotide variants, indels, or structural variants) for 404/722 (56%) individuals. Whole-genome sequencing gives unprecedented power to detect three categories of pathogenic variants in particular: structural variants, variants in GC-rich regions, which have significantly improved coverage compared to whole-exome sequencing, and variants in non-coding regulatory regions. In addition to previously reported pathogenic regulatory variants, we have identified a previously unreported pathogenic intronic variant in CHM in two males with choroideremia. We have also identified 19 genes not previously known to be associated with inherited retinal disease, which harbor biallelic predicted protein-truncating variants in unsolved cases. Whole-genome sequencing is an increasingly important comprehensive method with which to investigate the genetic causes of inherited retinal disease.

In partnership with NHS England, Genomics England’s ambitious plans to embed genomic medicine into routine patient care are well underway. Clare Turnbull and colleagues discuss its progress

Neuroblastoma is a malignant condition of the developing sympathetic nervous system that most commonly affects young children and is often lethal. Its cause is not known.

John Maris and colleagues report results of a genome-wide association and replication study for aggressive neuroblastoma. They show that common variants in the BARD1 locus at 2q35 are strongly associated with the disease. We conducted a SNP-based genome-wide association study (GWAS) focused on the high-risk subset of neuroblastoma1. As our previous unbiased GWAS showed strong association of common 6p22 SNP alleles with aggressive neuroblastoma2, we restricted our analysis here to 397 high-risk cases compared to 2,043 controls. We detected new significant association of six SNPs at 2q35 within the BARD1 locus (Pallelic = 2.35 × 10−9–2.25 × 10−8). We confirmed each SNP association in a second series of 189 high-risk cases and 1,178 controls (Pallelic = 7.90 × 10−7–2.77 × 10−4). We also tested the two most significant SNPs (rs6435862, rs3768716) in two additional independent high-risk neuroblastoma case series, yielding combined allelic odds ratios of 1.68 each (P = 8.65 × 10−18 and 2.74 × 10−16, respectively). We also found significant association with known BARD1 nonsynonymous SNPs. These data show that common variation in BARD1 contributes to the etiology of the aggressive and most clinically relevant subset of human neuroblastoma.

ABSTRACT Background Repeat expansion (RE) disorders affect ~1 in 3000 individuals and are clinically heterogeneous diseases caused by expansions of short tandem DNA repeats. Genetic testing is often locus-specific, resulting in under diagnosis of atypical clinical presentations, especially in paediatric patients without a prior positive family history. Whole genome sequencing (WGS) is emerging as a first-line test for rare genetic disorders, but until recently REs were thought to be undetectable by this approach. Methods WGS pipelines for RE disorder detection were deployed by the 100,000 Genomes Project and Illumina Clinical Services Laboratory. Performance was retrospectively assessed across the 13 most common neurological RE loci using 793 samples with prior orthogonal testing (182 with expanded alleles and 611 with alleles within normal size) and prospectively interrogated in 13,331 patients with suspected genetic neurological disorders. Findings WGS RE detection showed minimum 97·3% sensitivity and 99·6% specificity across all 13 disease-associated loci. Applying the pipeline to patients from the 100,000 Genomes Project identified pathogenic repeat expansions which were confirmed in 69 patients, including seven paediatric patients with no reported family history of RE disorders, with a 0.09% false positive rate. Interpretation We show here for the first time that WGS enables the detection of causative repeat expansions with high sensitivity and specificity, and that it can be used to resolve previously undiagnosed neurological disorders. This includes children with no prior suspicion of a RE disorder. These findings are leading to diagnostic implementation of this analytical pipeline in the NHS Genomic Medicine Centres in England. Funding Medical Research Council, Department of Health and Social Care, National Health Service England, National Institute for Health Research, Illumina Inc