We present the Polygenic Score (PGS) Catalog ( https://www.PGSCatalog.org ), an open resource of published scores (including variants, alleles and weights) and consistently curated metadata required for reproducibility and independent applications. The PGS Catalog has capabilities for user deposition, expert curation and programmatic access, thus providing the community with a platform for PGS dissemination, research and translation.

Human genetic variation affects the gut microbiota through a complex combination of environmental and host factors. Here we characterize genetic variations associated with microbial abundances in a single large-scale population-based cohort of 5,959 genotyped individuals with matched gut microbial metagenomes, and dietary and health records (prevalent and follow-up). We identified 567 independent SNP–taxon associations. Variants at the LCT locus associated with Bifidobacterium and other taxa, but they differed according to dairy intake. Furthermore, levels of Faecalicatena lactaris associated with ABO, and suggested preferential utilization of secreted blood antigens as energy source in the gut. Enterococcus faecalis levels associated with variants in the MED13L locus, which has been linked to colorectal cancer. Mendelian randomization analysis indicated a potential causal effect of Morganella on major depressive disorder, consistent with observational incident disease analysis. Overall, we identify and characterize the intricate nature of host–microbiota interactions and their association with disease. Genome-wide association analysis of gut microbial taxa in a single homogenous population-based cohort of 5,959 Finnish individuals identifies 567 independent SNP–taxon associations, including strong associations with LCT, ABO and MED13L.

A common goal of microbiome studies is the elucidation of community composition and member interactions using counts of taxonomic units extracted from sequence data. Inference of interaction networks from sparse and compositional data requires specialized statistical approaches. A popular solution is SparCC, however its performance limits the calculation of interaction networks for very high-dimensional datasets. Here we introduce FastSpar, an efficient and parallelizable implementation of the SparCC algorithm which rapidly infers correlation networks and calculates P-values using an unbiased estimator. We further demonstrate that FastSpar reduces network inference wall time by 2-3 orders of magnitude compared to SparCC.FastSpar source code, precompiled binaries and platform packages are freely available on GitHub: github.com/scwatts/FastSpar.Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Abstract Genetically predicted levels of multi-omic traits can uncover the molecular underpinnings of common phenotypes in a highly efficient manner. Here, we utilised a large cohort (INTERVAL; N=50,000 participants) with extensive multi-omic data for plasma proteomics (SomaScan, N=3,175; Olink, N=4,822), plasma metabolomics (Metabolon HD4, N=8,153), serum metabolomics (Nightingale, N=37,359), and whole blood Illumina RNA sequencing (N=4,136). We used machine learning to train genetic scores for 17,227 molecular traits, including 10,521 which reached Bonferroni-adjusted significance. We evaluated genetic score performances in external validation across European, Asian and African American ancestries, and assessed their longitudinal stability within diverse individuals. We demonstrated the utility of these multi-omic genetic scores by quantifying the genetic control of biological pathways and by generating a synthetic multi-omic dataset of UK Biobank to identify disease associations using a phenome-wide scan. Finally, we developed a portal ( OmicsPred.org ) to facilitate public access to all genetic scores and validation results as well as to serve as a platform for future extensions and enhancements of multi-omic genetic scores.

Abstract Integration of systems-level biomolecular information with electronic health records has led to the discovery of robust blood-based biomarkers predictive of future health and disease. Of recent intense interest is the GlycA biomarker, a complex nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy signal reflective of acute and chronic inflammation, which predicts long term risk of diverse outcomes including cardiovascular disease, type 2 diabetes, and all-cause mortality. To systematically explore the specificity of the disease burden indicated by GlycA we analysed the risk for 468 common incident hospitalization and mortality outcomes occurring during an 8-year follow-up of 11,861 adults from Finland. Our analyses of GlycA replicated known associations, identified associations with specific cardiovascular disease outcomes, and uncovered new associations with risk of alcoholic liver disease (meta-analysed hazard ratio 2.94 per 1-SD, P=5×10 -6 ), chronic renal failure (HR=2.47, P=3×10 -6 ), glomerular diseases (HR=1.95, P=1×10 -6 ), chronic obstructive pulmonary disease (HR=1.58, P=3×10 -5 ), inflammatory polyarthropathies (HR=1.46, P=4×10 -8 ), and hypertension (HR=1.21, P=5×10 -5 ). We further evaluated GlycA as a biomarker in secondary prevention of 12-year cardiovascular mortality in 900 angiography patients with suspected coronary artery disease. We observed hazard ratios of 4.87 and 5.00 for 12-year mortality in angiography patients in the fourth and fifth quintiles by GlycA levels demonstrating the prognostic potential of GlycA for identification of high mortality-risk individuals. Both GlycA and C-reactive protein had shared as well as independent contributions to mortality hazard, emphasising the importance of chronic inflammation in secondary prevention of cardiovascular disease.

Background: There is debate about the value of adding information on genetic and other molecular markers to conventional cardiovascular disease (CVD) risk predictors. Methods: Using data on 306,654 individuals without a history of CVD from UK Biobank, we calculated measures of risk-discrimination and reclassification upon addition of polygenic risk scores (PRS) and a panel of 27 clinical biochemistry markers to a conventional risk prediction model (i.e., including age, sex, systolic blood pressure, smoking status, history of diabetes, total cholesterol and HDL cholesterol). We then modelled implications of initiating guideline‑recommended statin therapy after the assessment of molecular markers for a UK primary-care setting. Findings: The C-index was 0.710 (95% CI, 0.703-0.717) for a CVD prediction model containing conventional risk predictors alone. The C-index increased by similar amounts when adding information on PRS or biochemistry markers (0.011 and 0.014, respectively; P<0.001), and it increased still further (0.022; P<0.001) when information on both was combined. Among cases and controls, continuous net reclassification improvements were about 12% and 19%, respectively, when both PRS and biochemistry markers were added. If PRS and biochemistry markers were to be assessed in the entire primary care population aged 40-75, then it could help prevent one additional CVD event for every 893 individuals screened. By contrast, targeted assessment only among people at intermediate (i.e., 5-10%) 10-year CVD risk could help prevent one additional CVD event for every 233 individuals screened. This targeted strategy could help reclassify 16% of the intermediate-risk group to the high-risk (i.e., ≥10%) category, preventing 11% more CVD events than conventional risk prediction. Interpretation: Adding information on both PRS and selected biochemistry markers moderately enhanced CVD predictive accuracy and could improve primary prevention of CVD. However, our modelling suggested that targeted assessment of molecular markers among individuals at intermediate-risk would be more efficient than blanket approaches.

Investigation of the genetic architecture of gene expression traits has aided interpretation of disease and trait-associated genetic variants, however key aspects of expression quantitative trait (eQTL) study design and analysis remain understudied. We used extensive, empirically-driven simulations to explore eQTL study design and the performance of various analysis strategies. Across multiple testing correction methods, false discoveries of genes with eQTLs (eGenes) were substantially inflated when false discovery rate (FDR) control was applied to all tests, and only appropriately controlled using hierarchical procedures. All multiple testing correction procedures had low power and inflated FDR for eGenes whose causal SNPs had small allele frequencies using small sample sizes (e.g. frequency <10% in 100 samples), indicating that even moderately low frequency eQTL SNPs (eSNPs) in these studies are enriched for false discoveries. In scenarios with ≥80% power, the top eSNP was the true simulated eSNP 90% of the time, but substantially less frequently for very common eSNPs (minor allele frequencies >25%). Overestimation of eQTL effect sizes, so-called "Winner's Curse", was common in low and moderate power settings. To address this, we developed a bootstrap method (BootstrapQTL) which led to more accurate effect size estimation. These insights provide a foundation for future eQTL studies, especially those with sampling constraints and subtly different conditions.

Polygenic risk scores (PRSs) capture the genetic architecture of common diseases by aggregating genome-wide genetic variation into a single score that reflects an individual’s disease risk. These present new opportunities to identify molecular pathways involved in disease pathogenesis. We performed association analysis between PRSs and 3,442 plasma proteins in 3,175 healthy individuals, identifying 48 proteins whose levels associated with PRSs for coronary artery disease, chronic kidney disease, or type 2 diabetes. Integrative analyses of human and mouse data to characterise these associations revealed a role for polygenic effects on several well-known causal disease proteins and identified promising novel targets for future follow-up. We found implicated PRS-associated genes were responsive to dietary intervention in mice and showed strong evidence of druggability in humans, consistent with PRS-associated proteins having therapeutic potential. Overall, our study provides a framework for polygenic association studies, demonstrating the power of PRSs to unravel novel disease biology.

Integrative analyses of high-throughput omics data have elucidated the aetiology and pathogenesis for complex traits and diseases, and the linking of omics information to electronic health records promises new insights into human health and disease. Recent nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy biomarker profiling has implicated glycoprotein acetyls (GlycA) as a biomarker for cardiovascular risk and all-cause mortality. To elucidate biological processes contributing to GlycA- associated mortality risk, we leveraged human omics data from three population- based cohorts together with nation-wide Finnish hospital and mortality records. Elevated GlycA was associated with myriad infection-related inflammatory processes. Within individuals, elevated GlycA levels were stable over long time periods, up to a decade, and chronically elevated GlycA was also associated with modest elevation of numerous cytokines. Individuals with elevated GlycA also showed increased expression of a transcriptional sub-network, the Neutrophil Degranulation Module (NDM), suggesting an increased activity of microbe-driven immune response. Subsequent analysis of nation-wide hospitalisation and death records was consistent with a microbial basis for GlycA-associated mortality, with each standard deviation increase in GlycA raising an individual's future risk of hospitalization and death from non-localized infection by 40% and 136%, respectively. These results show that, beyond its established role in acute-phase response, elevated GlycA is more broadly a biomarker for low-grade chronic inflammation and increased neutrophil activity. Further, increased risk of susceptibility to severe microbial-infection events in healthy individuals suggests this inflammation is a contributor to mortality risk. Taken together, this study demonstrates the power of an integrative approach that combines omics data and health records to delineate the biological processes underlying a newly discovered biomarker, providing a model strategy for future systems medicine studies.

Polygenic scores (PGSs) for blood cell traits can be constructed using summary statistics from genome-wide association studies. As the selection of variants and the modelling of their interactions in PGSs may be limited by univariate analysis, therefore, such a conventional method may yield sub-optional performance. This study evaluated the relative effectiveness of four machine learning and deep learning methods, as well as a univariate method, in the construction of PGSs for 26 blood cell traits, using data from UK Biobank (n=~400,000) and INTERVAL (n=~40,000). Our results showed that learning methods can improve PGSs construction for nearly every blood cell trait considered, with this superiority explained by the ability of machine learning methods to capture interactions among variants. This study also demonstrated that populations can be well stratified by the PGSs of these blood cell traits, even for traits that exhibit large differences between ages and sexes, suggesting potential for disease prevention. As our study found genetic correlations between the PGSs for blood cell traits and PGSs for several common human diseases (recapitulating well-known associations between the blood cell traits themselves and certain diseases), it suggests that blood cell traits may be indicators or/and mediators for a variety of common disorders via shared genetic variants and functional pathways.