Abstract Large-scale gene sequencing studies for complex traits have the potential to identify causal genes with therapeutic implications. We performed gene-based association testing of blood lipid levels with rare (minor allele frequency<1%) predicted damaging coding variation using sequence data from >170,000 individuals from multiple ancestries: 97,493 European, 30,025 South Asian, 16,507 African, 16,440 Hispanic/Latino, 10,420 East Asian, and 1,182 Samoan. We identified 35 genes associated with circulating lipid levels. Ten of these: ALB , SRSF2 , JAK2, CREB3L3 , TMEM136 , VARS , NR1H3 , PLA2G12A , PPARG and STAB1 have not been implicated for lipid levels using rare coding variation in population-based samples. We prioritize 32 genes identified in array-based genome-wide association study (GWAS) loci based on gene-based associations, of which three: EVI5, SH2B3 , and PLIN1 , had no prior evidence of rare coding variant associations. Most of the associated genes showed evidence of association in multiple ancestries. Also, we observed an enrichment of gene-based associations for low-density lipoprotein cholesterol drug target genes, and for genes closest to GWAS index single nucleotide polymorphisms (SNP). Our results demonstrate that gene-based associations can be beneficial for drug target development and provide evidence that the gene closest to the array-based GWAS index SNP is often the functional gene for blood lipid levels.

Aging is the single largest risk factor for most chronic diseases, and thus possesses large socioeconomic interest to continuously aging societies. Consequently, the field of aging research is expanding alongside a growing focus from the industry and investors in aging research. This year's 8th Annual Aging Research and Drug Discovery (ARDD) meeting was organized as a hybrid meeting from August 30th to September 3rd 2021 with more than 130 attendees participating on-site at the Ceremonial Hall at University of Copenhagen, Denmark, and 1800 engaging online. The conference comprised of presentations from 75 speakers focusing on new research in topics including mechanisms of aging and how these can be modulated as well as the use of AI and new standards of practices within aging research. This year, a longevity workshop was included to build stronger connections with the clinical community.

SUMMARY Sirtuin 6 (SIRT6) is a deacylase and mono-ADP ribosyl transferase (mADPr) enzyme involved in multiple cellular pathways implicated in the regulation of aging and metabolism. Targeted sequencing identified a SIRT6 allele containing two linked substitutions (N308K/A313S) as enriched in Ashkenazi Jewish (AJ) centenarians as compared to AJ control individuals. Characterization of this SIRT6 (centSIRT6) allele demonstrated it to be a stronger suppressor of LINE1 retrotransposons, confer enhanced stimulation of DNA double strand break repair, and more robust cancer cell killing compared to the wild type. Surprisingly, centSIRT6 displayed weaker deacetylase activity, but stronger mADPr activity, over a range of NAD + concentrations and substrates. Additionally, centSIRT6 displayed a stronger interaction with Lamin A/C (LMNA), which correlated with enhanced ribosylation of LMNA. Our results suggest that enhanced SIRT6 function contributes to human longevity by improving genome maintenance via increased mADPr activity and enhanced interaction with LMNA.

SUMMARY Aging is characterized by degeneration in cellular and organismal functions leading to increased disease susceptibility and death. Although our understanding of aging biology in model systems has increased dramatically, large-scale sequencing studies to understand human aging are now just beginning. We applied exome sequencing and association analyses (ExWAS) to identify age-related variants on 58,470 participants of the DiscovEHR cohort. Linear Mixed Model regression analyses of age at last encounter revealed variants in genes known to be linked with clonal hematopoiesis of indeterminate potential, which are associated with myelodysplastic syndromes, as top signals in our analysis, suggestive of age-related somatic mutation accumulation in hematopoietic cells despite patients lacking clinical diagnoses. In addition to APOE , we identified rare DISP2 rs183775254 (p = 7.40×10 −10 ) and ZYG11A rs74227999 (p = 2.50×10 −08 ) variants that were negatively associated with age in either both sexes combined and females, respectively, which were replicated with directional consistency in two independent cohorts. Epigenetic mapping showed these variants are located within cell-type-specific enhancers, suggestive of important transcriptional regulatory functions. To discover variants associated with extreme age, we performed exome-sequencing on persons of Ashkenazi Jewish descent ascertained for extensive lifespans. Case-Control analyses in 525 Ashkenazi Jews cases (Males ≥ 92 years, Females ≥ 95years) were compared to 482 controls. Our results showed variants in APOE (rs429358, rs6857), and TMTC2 (rs7976168) passed Bonferroni-adjusted p-value, as well as several nominally-associated population-specific variants. Collectively, our Age-ExWAS, the largest performed to date, confirmed and identified previously unreported candidate variants associated with human age.

Abstract We report genome-wide data for 33 Ashkenazi Jews (AJ), dated to the 14 th century, following a salvage excavation at the medieval Jewish cemetery of Erfurt, Germany. The Erfurt individuals are genetically similar to modern AJ and have substantial Southern European ancestry, but they show more variability in Eastern European-related ancestry than modern AJ. A third of the Erfurt individuals carried the same nearly-AJ-specific mitochondrial haplogroup and eight carried pathogenic variants known to affect AJ today. These observations, together with high levels of runs of homozygosity, suggest that the Erfurt community had already experienced the major reduction in size that affected modern AJ. However, the Erfurt bottleneck was more severe, implying substructure in medieval AJ. Together, our results suggest that the AJ founder event and the acquisition of the main sources of ancestry pre-dated the 14 th century and highlight late medieval genetic heterogeneity no longer present in modern AJ.

MicroRNAs (miRNAs) have been demonstrated to modulate life span in the invertebrates C. elegans and Drosophila by targeting conserved pathways of aging, such as insulin/IGF-1 signaling (IIS). However, a role for miRNAs in modulating human longevity has not been fully explored. Here we investigated novel roles of miRNAs as a major epigenetic component of exceptional longevity in humans. By profiling the miRNAs in B-cells from Ashkenazi Jewish centenarians and 70-year-old controls without a longevity history, we found that the majority of differentially expressed miRNAs were upregulated in centenarians and predicted to modulate the IIS pathway. Notably, decreased IIS activity was found in B cells from centenarians who harbored these upregulated miRNAs. miR-142-3p, the top upregulated miRNA, was verified to dampen the IIS pathway by targeting multiple genes including GNB2, AKT1S1, RHEB and FURIN . Overexpression of miR-142-3p improved the stress resistance under genotoxicity and induced the impairment of cell cycle progression in IMR90 cells. Furthermore, mice injected with a miR-142-3p mimic showed reduced IIS signaling and improved longevity-associated phenotypes including enhanced stress resistance, improved diet/aging-induced glucose intolerance, and longevity-associated change of metabolic profile. These data suggest that miR-142-3p is involved in human longevity through regulating IIS-mediated pro-longevity effects. This study provides strong support for the use of miR-142-3p as a novel therapeutic to promote longevity or prevent aging/aging-related diseases in human.

Background: While increasingly large reference panels for genome-wide imputation have been recently made available, the degree to which imputation accuracy can be enhanced by population-specific reference panels remains an open question. In the present study, we sequenced at full-depth (≥30x) a moderately large (n=738) cohort of samples drawn from the Ashkenazi Jewish population across two platforms (Illumina X Ten and Complete Genomics, Inc.). We developed and refined a series of quality control steps to optimize sensitivity, specificity, and comprehensiveness of variant calls in the reference panel, and then tested the accuracy of imputation against target cohorts drawn from the same population. Results: For samples sequenced on the Illumina X Ten platform, quality thresholds were identified that permitted highly accurate calling of single nucleotide variants across 94% of the genome. The Complete Genomics, Inc. platform was more conservative (fewer variants called) compared to the Illumina platform, but also demonstrated relatively greater numbers of false positives that needed to be filtered. Quality control procedures also permitted detection of novel genome reads that are not mapped to current reference or alternate assemblies. After stringent quality control, the population-specific reference panel produced more accurate and comprehensive imputation results relative to publicly available, large cosmopolitan reference panels. The population-specific reference panel also permitted enhanced filtering of clinically irrelevant variants from personal genomes. Conclusions: Our primary results demonstrate enhanced accuracy of a population-specific imputation panel relative to cosmopolitan panels, especially in the range of infrequent (<5% non-reference allele frequency) and rare (<1% non-reference allele frequency) variants that may be most critical to further progress in mapping of complex phenotypes.

Genome-wide association studies have led to the development of polygenic score (PS) predictors that explain increasing proportions of the variance in human complex traits. In parallel, progress in preimplantation genetic testing now allows genome-wide genotyping of embryos generated via in vitro fertilization (IVF). Jointly, these developments suggest the possibility of screening embryos for polygenic traits such as height or cognitive function. There are clear ethical, legal, and societal concerns regarding such a procedure, but these cannot be properly discussed in the absence of data on the expected outcomes of screening. Here, we use theory, simulations, and real data to evaluate the potential gain of PS-based embryo selection, defined as the expected difference in trait value between the top-scoring embryo and an average, unselected embryo. We observe that the gain increases very slowly with the number of embryos, but more rapidly with increased variance explained by the PS. Given currently available polygenic predictors and typical IVF yields, the average gain due to selection would be ≈2.5cm if selecting for height, and ≈2.5 IQ (intelligence quotient) points if selecting for cognitive function. These mean values are accompanied by wide confidence intervals; in real data drawn from nuclear families with up to 20 offspring each, we observe that the offspring with the highest PS for height was the tallest only in 25% of the families. We discuss prospects and limitations of PS-based embryo selection for the foreseeable future.

Abstract Given the pro and anti-geronic roles of the TGF-β superfamily in aging, we hypothesized that human longevity involves genetic variation in TGF-β signaling genes. Here we utilized a candidate functional genomic approach to identify and characterize functional variants in TGF- β signaling associated with human longevity. Targeted sequencing of 113 genes involved in aging- associated TGF- β signaling in an Ashkenazi Jewish centenarian cohort identified genetic variants robustly associated with human longevity. In particular, a centenarian-enriched intronic variant residing in a cell-type specific enhancer in SMAD3, a critical receptor-regulated TGF- β signal transducer, was identified. This non-coding SMAD3 variant (rs8040709) altered binding of ELK1, a member of the ETS family of transcription factor important for enhancer activity in certain cell types, resulting in reduced SMAD3 expression. Analysis of the variant in cell types derived from gene edited iPSCs demonstrated the variant reduced SMAD3 expression, senescence and inflammation in endothelial cells. In addition, heterozygosity in SMAD3 improved healthspan and reduced senescence in the Ercc1 -/Δ progeroid mouse model of accelerated aging. Taken together, these experiments demonstrate that variants in a cell type specific enhancer of SMAD3 resulted in reduced expression, senescence and inflammation and contributes to human longevity. Thus, SMAD3 represents a validated targeted for drug development for extending human healthspan.

As part of a broader collaborative network of exome sequencing studies, we developed a jointly called data set of 5,685 Ashkenazi Jewish exomes. We make publicly available a resource of site and allele frequencies, which should serve as a reference for medical genetics in the Ashkenazim. We estimate that 30% of protein-coding alleles present in the Ashkenazi Jewish population at frequencies greater than 0.2% are significantly more frequent (mean 7.6-fold) than their maximum frequency observed in other reference populations. Arising via a well-described founder effect, this catalog of enriched alleles can contribute to differences in genetic risk and overall prevalence of diseases between populations. As validation we document 151 AJ enriched protein-altering alleles that overlap with ``pathogenic" ClinVar alleles, including those that account for 10-100 fold differences in prevalence between AJ and non-AJ populations of some rare diseases including Gaucher disease (GBA, p.Asn409Ser, 8-fold enrichment); Canavan disease (ASPA, p.Glu285Ala, 12-fold enrichment); and Tay-Sachs disease (HEXA, c.1421+1G>C, 27-fold enrichment; p.Tyr427IlefsTer5, 12-fold enrichment). We next sought to use this catalog, of well-established relevance to Mendelian disease, to explore Crohn's disease, a common disease with an estimated two to four-fold excess prevalence in AJ. We specifically evaluate whether strong acting rare alleles, enriched by the same founder-effect, contribute excess genetic risk to Crohn's disease in AJ, and find that ten rare genetic risk factors in NOD2 and LRRK2 are strongly enriched in AJ, including several novel contributing alleles, show evidence of association to CD. Independently, we find that genomewide common variant risk defined by GWAS shows a strong difference between AJ and non-AJ European control population samples (0.97 s.d. higher, p<10-16). Taken together, the results suggest coordinated selection in AJ population for higher CD risk alleles in general. The results and approach illustrate the value of exome sequencing data in case-control studies along with reference data sets like ExAC to pinpoint genetic variation that contributes to variable disease predisposition across populations.