Philippe Froguel and colleagues report an association of variants near the gene encoding melatonin receptor 2 with fasting glucose levels and risk of type 2 diabetes. The association suggests a possible link between circadian rhythm and glucose homeostasis. In genome-wide association (GWA) data from 2,151 nondiabetic French subjects, we identified rs1387153, near MTNR1B (which encodes the melatonin receptor 2 (MT2)), as a modulator of fasting plasma glucose (FPG; P = 1.3 × 10−7). In European populations, the rs1387153 T allele is associated with increased FPG (β = 0.06 mmol/l, P = 7.6 × 10−29, N = 16,094), type 2 diabetes (T2D) risk (odds ratio (OR) = 1.15, 95% CI = 1.08–1.22, P = 6.3 × 10−5, cases N = 6,332) and risk of developing hyperglycemia or diabetes over a 9-year period (hazard ratio (HR) = 1.20, 95% CI = 1.06–1.36, P = 0.005, incident cases N = 515). RT-PCR analyses confirm the presence of MT2 transcripts in neural tissues and show MT2 expression in human pancreatic islets and beta cells. Our data suggest a possible link between circadian rhythm regulation and glucose homeostasis through the melatonin signaling pathway.

Identifying the genes responsible for human diseases requires combining information about gene position with clues about biological function. The recent availability of whole-genome data sets of RNA and protein expression provides powerful new sources of functional insight. Here we illustrate how such data sets can expedite disease-gene discovery, by using them to identify the gene causing Leigh syndrome, French-Canadian type (LSFC, Online Mendelian Inheritance in Man no. 220111), a human cytochrome c oxidase deficiency that maps to chromosome 2p16-21. Using four public RNA expression data sets, we assigned to all human genes a “score” reflecting their similarity in RNA-expression profiles to known mitochondrial genes. Using a large survey of organellar proteomics, we similarly classified human genes according to the likelihood of their protein product being associated with the mitochondrion. By intersecting this information with the relevant genomic region, we identified a single clear candidate gene, LRPPRC . Resequencing identified two mutations on two independent haplotypes, providing definitive genetic proof that LRPPRC indeed causes LSFC. LRPPRC encodes an mRNA-binding protein likely involved with mtDNA transcript processing, suggesting an additional mechanism of mitochondrial pathophysiology. Similar strategies to integrate diverse genomic information can be applied likewise to other disease pathways and will become increasingly powerful with the growing wealth of diverse, functional genomics data.

Obesity is a highly heritable disorder but the genetic associations reported to date account for only a small percentage of the inherited variation in body mass index. Two groups report deletions on chromosome16p11.2 that may explain part of the 'missing heritability' in terms of 'high-penetrance' mutations that are rare but when present are very often associated with severe obesity. This is in contrast to more common gene defects that are less closely associated with clinical symptoms. Bochukova et al. identified rare recurrent copy number variants in 300 patients with severe early-onset obesity, caused by deletions involving several genes including SH2B1, known to be involved in leptin and insulin signalling. Many of the patients also suffered neurodevelopmental disorders. Walters et al. identified deletions of at least 593 kilobases on chromosome 16p11.2 in 31 patients with a previously unrecognized type of extreme obesity. The strategy they used to identify the lesion — using small well-phenotyped cohorts of extreme phenotypes with targeted follow-up in genome-wide association studies and population cohorts — shows promise as a means of identifying 'missing heritability' in complex metabolic diseases more generally. Recently, numerous single nucleotide polymorphisms have been identified as being associated with obesity, but these loci together account for only a small fraction of the known heritable component. Here, an association is reported between rare deletions of at least 593 kilobases at 16p11.2 and a highly penetrant form of obesity. The strategy used of combining study of extreme phenotypes with targeted follow-up is promising for identifying missing heritability in obesity. Obesity has become a major worldwide challenge to public health, owing to an interaction between the Western ‘obesogenic’ environment and a strong genetic contribution1. Recent extensive genome-wide association studies (GWASs) have identified numerous single nucleotide polymorphisms associated with obesity, but these loci together account for only a small fraction of the known heritable component1. Thus, the ‘common disease, common variant’ hypothesis is increasingly coming under challenge2. Here we report a highly penetrant form of obesity, initially observed in 31 subjects who were heterozygous for deletions of at least 593 kilobases at 16p11.2 and whose ascertainment included cognitive deficits. Nineteen similar deletions were identified from GWAS data in 16,053 individuals from eight European cohorts. These deletions were absent from healthy non-obese controls and accounted for 0.7% of our morbid obesity cases (body mass index (BMI) ≥ 40 kg m-2 or BMI standard deviation score ≥ 4; P = 6.4 × 10-8, odds ratio 43.0), demonstrating the potential importance in common disease of rare variants with strong effects. This highlights a promising strategy for identifying missing heritability in obesity and other complex traits: cohorts with extreme phenotypes are likely to be enriched for rare variants, thereby improving power for their discovery. Subsequent analysis of the loci so identified may well reveal additional rare variants that further contribute to the missing heritability, as recently reported for SIM1 (ref. 3). The most productive approach may therefore be to combine the ‘power of the extreme’4 in small, well-phenotyped cohorts, with targeted follow-up in case-control and population cohorts.

Classical endocrine studies have shown that steroid hormones are required for the maintenance of pregnancy and placental viability. The oestrogen-receptor-related receptor beta (ERR-beta) is an orphan member of the superfamily of nuclear hormone receptors. Although ERR-beta is homologous to the oestrogen receptor and binds the oestrogen response element, it is not activated by oestrogens. Expression of ERR-beta during embryogenesis defines a subset of extra-embryonic ectoderm that subsequently forms the dome of the chorion, suggesting that ERR-beta may be involved in early placental development. Homozygous mutant embryos generated by targeted disruption of the Estrrb gene have severely impaired placental formation, and die at 10.5 days post-coitum. The mutants display abnormal chorion development associated with an overabundance of trophoblast giant cells and a severe deficiency of diploid trophoblast. The phenotype can be rescued by aggregation of Estrrb mutant embryos with tetraploid wild-type cells, which contribute exclusively to extra-embryonic tissues. Our results indicate that ERR-beta has an important role in early placentation, and suggest that an inductive signal originating from or modified by the chorion is required for normal trophoblast proliferation and differentiation.

OBJECTIVE Zinc ions are essential for the formation of hexameric insulin and hormone crystallization. A nonsynonymous single nucleotide polymorphism rs13266634 in the SLC30A8 gene, encoding the secretory granule zinc transporter ZnT8, is associated with type 2 diabetes. We describe the effects of deleting the ZnT8 gene in mice and explore the action of the at-risk allele. RESEARCH DESIGN AND METHODS Slc30a8 null mice were generated and backcrossed at least twice onto a C57BL/6J background. Glucose and insulin tolerance were measured by intraperitoneal injection or euglycemic clamp, respectively. Insulin secretion, electrophysiology, imaging, and the generation of adenoviruses encoding the low- (W325) or elevated- (R325) risk ZnT8 alleles were undertaken using standard protocols. RESULTS ZnT8−/− mice displayed age-, sex-, and diet-dependent abnormalities in glucose tolerance, insulin secretion, and body weight. Islets isolated from null mice had reduced granule zinc content and showed age-dependent changes in granule morphology, with markedly fewer dense cores but more rod-like crystals. Glucose-stimulated insulin secretion, granule fusion, and insulin crystal dissolution, assessed by total internal reflection fluorescence microscopy, were unchanged or enhanced in ZnT8−/− islets. Insulin processing was normal. Molecular modeling revealed that residue-325 was located at the interface between ZnT8 monomers. Correspondingly, the R325 variant displayed lower apparent Zn2+ transport activity than W325 ZnT8 by fluorescence-based assay. CONCLUSIONS ZnT8 is required for normal insulin crystallization and insulin release in vivo but not, remarkably, in vitro. Defects in the former processes in carriers of the R allele may increase type 2 diabetes risks.

Genome-wide association studies have revealed that common noncoding variants in MTNR1B (encoding melatonin receptor 1B, also known as MT(2)) increase type 2 diabetes (T2D) risk(1,2). Although the strongest association signal was highly significant (P < 1 × 10(-20)), its contribution to T2D risk was modest (odds ratio (OR) of ∼1.10-1.15)(1-3). We performed large-scale exon resequencing in 7,632 Europeans, including 2,186 individuals with T2D, and identified 40 nonsynonymous variants, including 36 very rare variants (minor allele frequency (MAF) <0.1%), associated with T2D (OR = 3.31, 95% confidence interval (CI) = 1.78-6.18; P = 1.64 × 10(-4)). A four-tiered functional investigation of all 40 mutants revealed that 14 were non-functional and rare (MAF < 1%), and 4 were very rare with complete loss of melatonin binding and signaling capabilities. Among the very rare variants, the partial- or total-loss-of-function variants but not the neutral ones contributed to T2D (OR = 5.67, CI = 2.17-14.82; P = 4.09 × 10(-4)). Genotyping the four complete loss-of-function variants in 11,854 additional individuals revealed their association with T2D risk (8,153 individuals with T2D and 10,100 controls; OR = 3.88, CI = 1.49-10.07; P = 5.37 × 10(-3)). This study establishes a firm functional link between MTNR1B and T2D risk.