Intelligence is highly heritable1 and a major determinant of human health and well-being2. Recent genome-wide meta-analyses have identified 24 genomic loci linked to variation in intelligence3-7, but much about its genetic underpinnings remains to be discovered. Here, we present a large-scale genetic association study of intelligence (n = 269,867), identifying 205 associated genomic loci (190 new) and 1,016 genes (939 new) via positional mapping, expression quantitative trait locus (eQTL) mapping, chromatin interaction mapping, and gene-based association analysis. We find enrichment of genetic effects in conserved and coding regions and associations with 146 nonsynonymous exonic variants. Associated genes are strongly expressed in the brain, specifically in striatal medium spiny neurons and hippocampal pyramidal neurons. Gene set analyses implicate pathways related to nervous system development and synaptic structure. We confirm previous strong genetic correlations with multiple health-related outcomes, and Mendelian randomization analysis results suggest protective effects of intelligence for Alzheimer's disease and ADHD and bidirectional causation with pleiotropic effects for schizophrenia. These results are a major step forward in understanding the neurobiology of cognitive function as well as genetically related neurological and psychiatric disorders.

Context

 Cognitive impairment in schizophrenia is frequent, involves multiple domains, and is enduring. Numerous recent clinical trials have suggested that second-generation antipsychotic medications significantly enhance cognition in schizophrenia. However, none of these studies included healthy controls undergoing repeated testing to assess the possibility that improvements might reflect simple practice effects. 

Objective

 To report the results on cognition of a randomized comparison of 2 widely prescribed second-generation antipsychotic medications, olanzapine and risperidone, in patients with first-episode schizophrenia and a healthy control group. 

Design

 Randomized clinical trial. 

Setting

 Hospital-based research units. 

Patients

 A total of 104 participants with first-episode schizophrenia and 84 healthy controls. 

Main Outcome Measures

 Cognitive assessment of all study participants occurred at baseline, 6 weeks later, and 16 weeks later. Neurocognitive tests included measures of working memory and attention, speed, motor function, episodic memory, and executive function. 

Results

 No differential drug effects were observed. Of 16 cognitive measures, 9 demonstrated improvement over time and only 2 demonstrated greater rates of change than those observed in the healthy control group undergoing repeated assessment. The composite effect size for cognitive change was 0.33 in the healthy control group (attributed to practice) and 0.36 in the patients with first-episode schizophrenia. Improvements in cognition in the first-episode schizophrenia group could not be accounted for by medication dose, demographic variables, or intellectual level. 

Conclusions

 The cognitive improvements observed in the trial were consistent in magnitude with practice effects observed in healthy controls, suggesting that some of the improvements in cognition in the first-episode schizophrenia group may have been due to practice effects (ie, exposure, familiarity, and/or procedural learning). Our results also indicated that differential medication effects on cognition were small. We believe that these findings have important implications for drug discovery and the design of registration trials that attempt to demonstrate cognitive enhancement.

Evolutionarily significant selective sweeps may result in long stretches of homozygous polymorphisms in individuals from outbred populations. We developed whole-genome homozygosity association (WGHA) methodology to characterize this phenomenon in healthy individuals and to use this genomic feature to identify genetic risk loci for schizophrenia (SCZ). Applying WGHA to 178 SCZ cases and 144 healthy controls genotyped at 500,000 markers, we found that runs of homozygosity (ROHs), ranging in size from 200 kb to 15 mb, were common in unrelated Caucasians. Properties of common ROHs in healthy subjects, including chromosomal location and presence of nonancestral haplotypes, converged with prior reports identifying regions under selective pressure. This interpretation was further supported by analysis of multiethnic HapMap samples genotyped with the same markers. ROHs were significantly more common in SCZ cases, and a set of nine ROHs significantly differentiated cases from controls. Four of these 9 "risk ROHs" contained or neighbored genes associated with SCZ (NOS1AP, ATF2, NSF, and PIK3C3). Several of these risk ROHs were very rare in healthy subjects, suggesting that recessive effects of relatively high penetrance may explain a proportion of the genetic liability for SCZ. Other risk ROHs feature haplotypes that are also common in healthy individuals, possibly indicating a source of balancing selection.

General cognitive function is a prominent human trait associated with many important life outcomes 1,2 , including longevity 3 . The substantial heritability of general cognitive function is known to be polygenic, but it has had little explication in terms of the contributing genetic variants 4,5,6 . Here, we combined cognitive and genetic data from the CHARGE and COGENT consortia, and UK Biobank (total N=280,360; age range = 16 to 102). We found 9,714 genome-wide significant SNPs ( P <5 x 10 −8 ) in 99 independent loci. Most showed clear evidence of functional importance. Among many novel genes associated with general cognitive function were SGCZ , ATXN1 , MAPT , AUTS2 , and P2RY6 . Within the novel genetic loci were variants associated with neurodegenerative disorders, neurodevelopmental disorders, physical and psychiatric illnesses, brain structure, and BMI. Gene-based analyses found 536 genes significantly associated with general cognitive function; many were highly expressed in the brain, and associated with neurogenesis and dendrite gene sets. Genetic association results predicted up to 4% of general cognitive function variance in independent samples. There was significant genetic overlap between general cognitive function and information processing speed, as well as many health variables including longevity.

Abstract Background Genetic risk for bipolar disorder (BD) is conferred through many common alleles, while a role for rare copy number variants (CNVs) is less clear. BD subtypes schizoaffective disorder bipolar type (SAB), bipolar I disorder (BD I) and bipolar II disorder (BD II) differ according to the prominence and timing of psychosis, mania and depression. The factors contributing to the combination of symptoms within a given patient are poorly understood. Methods Rare, large CNVs were analyzed in 6353 BD cases (3833 BD I [2676 with psychosis, 850 without psychosis], 1436 BD II, 579 SAB) and 8656 controls. Measures of CNV burden were integrated with polygenic risk scores (PRS) for schizophrenia (SCZ) to evaluate the relative contributions of rare and common variants to psychosis risk. Results CNV burden did not differ in BD relative to controls when treated as a single diagnostic entity. Burden in SAB was increased compared to controls (p-value = 0.001), BD I (p-value = 0.0003) and BD II (p-value = 0.0007). Burden and SCZ PRS were higher in SAB compared to BD I with psychosis (CNV p-value = 0.0007, PRS p-value = 0.004) and BD I without psychosis (CNV p-value = 0.0004, PRS p-value = 3.9 × 10 −5 ). Within BD I, psychosis was associated with higher SCZ PRS (p-value = 0.005) but not with CNV burden. Conclusions CNV burden in BD is limited to SAB. Rare and common genetic variants may contribute differently to risk for psychosis and perhaps other classes of psychiatric symptoms.

Intelligence is highly heritable and a major determinant of human health and well-being. Recent genome-wide meta-analyses have identified 24 genomic loci linked to intelligence, but much about its genetic underpinnings remains to be discovered. Here, we present the largest genetic association study of intelligence to date (N=279,930), identifying 206 genomic loci (191 novel) and implicating 1,041 genes (963 novel) via positional mapping, expression quantitative trait locus (eQTL) mapping, chromatin interaction mapping, and gene-based association analysis. We find enrichment of genetic effects in conserved and coding regions and identify 89 nonsynonymous exonic variants. Associated genes are strongly expressed in the brain and specifically in striatal medium spiny neurons and cortical and hippocampal pyramidal neurons. Gene-set analyses implicate pathways related to neurogenesis, neuron differentiation and synaptic structure. We confirm previous strong genetic correlations with several neuropsychiatric disorders, and Mendelian Randomization results suggest protective effects of intelligence for Alzheimer's dementia and ADHD, and bidirectional causation with strong pleiotropy for schizophrenia. These results are a major step forward in understanding the neurobiology of intelligence as well as genetically associated neuropsychiatric traits.

Neurocognitive ability is a fundamental readout of brain function, and cognitive deficits are a critical component of neuropsychiatric disorders, yet neurocognition is poorly understood at the molecular level. In the present report, we present the largest genome-wide association studies (GWAS) of cognitive ability to date (N=107,207), and further enhance signal by combining results with a large-scale GWAS of educational attainment. We identified 70 independent genomic loci associated with cognitive ability, 34 of which were novel. A total of 350 genes were implicated, and this list showed significant enrichment for genes associated with Mendelian disorders with an intellectual disability phenotype. Competitive pathway analysis of gene results implicated the biological process of neurogenesis, as well as the gene targets of two pharmacologic agents: cinnarizine, a T-type calcium channel blocker; and LY97241, a potassium channel inhibitor. Transcriptome-wide analysis revealed that the implicated genes were strongly expressed in neurons, but not astrocytes or oligodendrocytes, and were more strongly associated with fetal brain expression than adult brain expression. Several tissue-specific gene expression relationships to cognitive ability were observed (for example, DAG1 levels in the hippocampus). Finally, we report novel genetic correlations between cognitive ability and disparate phenotypes such as maternal age at first birth and number of children, as well as several autoimmune disorders.

Background: Cognitive traits demonstrate significant genetic correlations with many psychiatric disorders and other health-related traits, and many neuropsychiatric and neurodegenerative disorders are marked by cognitive deficits. Therefore, genome-wide association studies (GWAS) of general cognitive ability might suggest potential targets for nootropic drug repurposing. Our previous effort to identify "druggable genes" (i.e., GWAS-identified genes that produce proteins targeted by known small molecules) was modestly powered due to the small cognitive GWAS sample available at the time. Since then, two large cognitive GWAS meta-analyses have reported 148 and 205 genome-wide significant loci, respectively. Additionally, large-scale gene expression databases, derived from post-mortem human brain, have recently been made available for GWAS annotation. Here, we 1) reconcile results from these two cognitive GWAS meta-analyses to further enhance power for locus discovery; 2) employ several complementary transcriptomic methods to identify genes in these loci with variants that are credibly associated with cognition, and 3) further annotate the resulting genes to identify "druggable" targets. Methods: GWAS summary statistics were harmonized and jointly analysed using Multi-Trait Analysis of GWAS [MTAG], which is optimized for handling sample overlaps. Downstream gene identification was carried out using MAGMA, S-PrediXcan/S-TissueXcan Transcriptomic Wide Analysis, and eQTL mapping, as well as more recently developed methods that integrate GWAS and eQTL data via Summary-statistics Mendelian Randomization [SMR] and linkage methods [HEIDI]. Available brain-specific eQTL databases included GTEXv7, BrainEAC, CommonMind, ROSMAP, and PsychENCODE. Intersecting credible genes were then annotated against multiple chemoinformatic databases [DGIdb, KI, and a published review on "druggability"]. Results: Using our meta-analytic data set (N = 373,617) we identified 241 independent cognition-associated loci (29 novel), and 76 genes were identified by 2 or more methods of gene identification. 26 genes were associated with general cognitive ability via SMR, 16 genes via STissueXcan/S-PrediXcan, 47 genes via eQTL mapping, and 68 genes via MAGMA pathway analysis. The use of the HEIDI test permitted the exclusion of candidate genes that may have been artifactually associated to cognition due to linkage, rather than direct causal or indirect pleiotropic effects. Actin and chromatin binding gene sets were identified as novel pathways that could be targeted via drug repurposing. Leveraging on our various transcriptome and pathway analyses, as well as available chemoinformatic databases, we identified 16 putative genes that may suggest drug targets with nootropic properties. Discussion: Results converged on several categories of significant drug targets, including serotonergic and glutamatergic genes, voltage-gated ion channel genes, carbonic anhydrase genes, and phosphodiesterase genes. The current results represent the first efforts to apply a multi-method approach to integrate gene expression and SNP level data to identify credible actionable genes for general cognitive ability.

Liability to schizophrenia is inversely correlated with general cognitive ability at both the phenotypic and genetic level. Paradoxically, a modest but consistent positive genetic correlation has been reported between schizophrenia and educational attainment, despite the strong positive genetic correlation between cognitive ability and educational attainment. Here we leverage published GWAS in cognitive ability, education, and schizophrenia to parse biological mechanisms underlying these results. Association analysis based on subsets (ASSET), a pleiotropic meta-analytic technique, allowed jointly associated loci to be identified and characterized. Specifically, we identified subsets of variants associated in the expected ("Concordant") direction across all three phenotypes (i.e., greater risk for schizophrenia, lower cognitive ability, and lower educational attainment); these were contrasted with variants demonstrating the counterintuitive ("Discordant") relationship between education and schizophrenia (i.e., greater risk for schizophrenia and higher educational attainment). ASSET analysis revealed 235 independent loci associated with cognitive ability, education and/or schizophrenia at p<5x10^-8. Pleiotropic analysis successfully identified more than 100 loci that were not significant in the input GWASs, and many of these have been validated by larger, more recent single-phenotype GWAS. Leveraging the joint genetic correlations of cognitive ability, education, and schizophrenia, we were able to dissociate two distinct biological mechanisms: early neurodevelopmental pathways that characterize concordant allelic variation, and adulthood synaptic pruning pathways that were linked to the paradoxical positive genetic association between education and schizophrenia. Further, genetic correlation analyses revealed that these mechanisms contribute not only to the etiopathogenesis of schizophrenia but also to the broader biological dimensions that are implicated in both general health outcomes and psychiatric illness.