Abstract The current understanding of the genetic architecture of lipids has largely come from genome-wide association studies. To date, few studies have examined the genetic architecture of lipids in Polynesians, and none have in Samoans, whose unique population history, including many population bottlenecks, may provide insight into the biological foundations of variation in lipid levels. Here we performed a genome-wide association study of four fasting serum lipid levels: total cholesterol (TC), high-density lipoprotein (HDL), low-density lipoprotein (LDL), and triglycerides (TG) in a sample of 2,849 Samoans, with validation genotyping for associations in a replication cohort comprising 1,798 Samoans and American Samoans. We identified multiple genome-wide significant associations ( P < 5 × 10 −8 ) previously seen in other populations – APOA1 with TG, CETP with HDL, and APOE with TC and LDL – and several suggestive associations ( P < 1 × 10 −5 ), including an association of variants downstream of MGAT1 and RAB21 with HDL. However, we observed different association signals for variants near APOE than what has been previously reported in non-Polynesian populations. The association with several known lipid loci combined with the newly-identified associations with variants near MGAT1 and RAB21 suggest that while some of the genetic architecture of lipids is shared between Samoans and other populations, part of the genetic architecture may be Polynesian-specific.

Phenotypic heterogeneity is a hallmark of complex traits, and genetic studies of such traits may focus on them as a single diagnostic entity or by analyzing specific components. For example, in orofacial clefting (OFC), three subtypes – cleft lip (CL), cleft lip and palate (CLP), and cleft palate (CP) have been studied separately and in combination. To further dissect the genetic architecture of OFCs and how a given associated locus may be contributing to distinct subtypes of a trait we developed a framework for quantifying and interpreting evidence of subtype-specific or shared genetic effects in complex traits. We applied this technique to create a “cleft map” of the association of 30 genetic loci with three OFC subtypes. In addition to new associations, we found loci with subtype-specific effects (e.g., GRHL3 (CP), WNT5A (CLP)), as well as loci associated with two or all three subtypes. We cross-referenced these results with mouse craniofacial gene expression datasets, which identified additional promising candidate genes. However, we found no strong correlation between OFC subtypes and expression patterns. In aggregate, the cleft map revealed that neither subtype-specific nor shared genetic effects operate in isolation in OFC architecture. Our approach can be easily applied to any complex trait with distinct phenotypic subgroups.

Objectives Studies have demonstrated that rs373863828, a missense mutation in CREBRF , is associated with a number of anthropometric traits including body mass index (BMI), obesity, percent body fat, hip circumference, and abdominal circumference. Given the biological relationship between height and adiposity, we hypothesized that the effect of this variant on BMI might be due in part to a previously untested association of this variant with height.Methods We tested the hypothesis that minor allele of rs373863828 is associated with height in a Samoan population in two adult cohorts and in a separate cohort of children (age 5 - 18 years old) using linear mixed modeling.Results We found evidence of a strong relationship between rs373863828 and greater mean height in Samoan adults (0.77 cm greater average height for each copy of the minor allele) with the same direction of effect in Samoan children.Conclusions These results suggest that the missense variant rs373863828 in CREBRF , first identified through an association with larger BMI, may be related to an underlying biological mechanism affecting overall body size including stature.

Genome wide association studies for non-syndromic orofacial cleft (OFC) have identified single nucleotide polymorphisms (SNPs) at loci where the presumed risk-relevant gene is expressed in oral periderm. The functional subsets of such SNPs are difficult to predict because the sequence underpinnings of periderm enhancers are unknown. We applied ATAC-seq to models of human palate periderm, including zebrafish periderm, mouse embryonic palate epithelia, and a human oral epithelium cell line, and to complementary mesenchymal cell types. We identified sets of enhancers specific to the epithelial cells and trained gapped-kmer support-vector-machine classifiers on these sets. We used the classifiers to predict the effect of 14 OFC-associated SNPs at 12q13 near KRT18. All the classifiers picked the same SNP as having the strongest effect, but the significance was highest with the classifier trained on zebrafish periderm. Reporter and deletion analyses support this SNP as lying within a periderm enhancer regulating KRT18/KRT8 expression.

Large-scale whole-genome sequencing (WGS) studies have improved our understanding of the contributions of coding and noncoding rare variants to complex human traits. Leveraging association effect sizes across multiple traits in WGS rare variant association analysis can improve statistical power over single-trait analysis, and also detect pleiotropic genes and regions. Existing multi-trait methods have limited ability to perform rare variant analysis of large-scale WGS data. We propose MultiSTAAR, a statistical framework and computationally-scalable analytical pipeline for functionally-informed multi-trait rare variant analysis in large-scale WGS studies. MultiSTAAR accounts for relatedness, population structure and correlation among phenotypes by jointly analyzing multiple traits, and further empowers rare variant association analysis by incorporating multiple functional annotations. We applied MultiSTAAR to jointly analyze three lipid traits (low-density lipoprotein cholesterol, high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides) in 61,861 multi-ethnic samples from the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) Program. We discovered new associations with lipid traits missed by single-trait analysis, including rare variants within an enhancer of NIPSNAP3A and an intergenic region on chromosome 1.

Background The A allele of rs373863828 in CREB3 regulatory factor is associated with high Body Mass Index, but lower odds of type 2 diabetes. These associations have been replicated elsewhere, but to date all studies have been cross-sectional. Our aims were (1) to describe the development of type 2 diabetes and change in fasting glucose between 2010 and 2018 among a longitudinal cohort of adult Samoans without type 2 diabetes or who were not using diabetes medications at baseline, and (2) to examine associations between fasting glucose rate-of-change (mmol/L per year) and the A allele of rs373863828. Methods We describe and test differences in fasting glucose, the development of type 2 diabetes, body mass index, age, smoking status, physical activity, urbanicity of residence, and household asset scores between 2010 and 2018 among a cohort of n = 401 adult Samoans, selected to have a ~2:2:1 ratio of GG:AG: AA rs373863828 genotypes. Multivariate linear regression was used to test whether fasting glucose rate-of-change was associated with rs373863828 genotype, and other baseline variables. Results By 2018, fasting glucose and BMI significantly increased among all genotype groups, and a substantial portion of the sample developed type 2 diabetes mellitus. The A allele was associated with a lower fasting glucose rate-of-change (β = −0.05 mmol/L/year per allele, p = 0.058 among women; β = −0.004 mmol/L/year per allele, p = 0.863 among men), after accounting for baseline variables. Mean fasting glucose and mean BMI increased over an eight-year period and a substantial number of individuals developed type 2 diabetes by 2018. However, fasting glucose rate-of-change, and type 2 diabetes development was lower among females with AG and AA genotypes. Conclusions Further research is needed to understand the effect of the A allele on fasting glucose and type 2 diabetes development. Based on our observations that other risk factors increased over time, we advocate for the continued promotion for diabetes prevention and treatment programming, and the reduction of modifiable risk factors, in this setting.

Nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate (NSCL/P) is the most common craniofacial birth defect in humans and is notable for its apparent sexual dimorphism where approximately twice as many males are affected as females. The sources of this disparity are largely unknown, but interactions between genetic and sex effects are likely contributors. We examined gene-by-sex (G x S) interactions in a worldwide sample of 2,142 NSCL/P cases and 1,700 controls recruited from 13 countries. First, we performed genome-wide joint tests of the genetic (G) and G x S effects genome-wide using logistic regression assuming an additive genetic model and adjusting for 18 principal components of ancestry. We further interrogated loci with suggestive results from the joint test (p < 1.00x10-5) by examining the G x S effects from the same model. Out of the 133 loci with suggestive results (p < 1.00x10-5) for the joint test, we observed one genome-wide significant G x S effect in the 10q21 locus (rs72804706; p = 6.69x10-9; OR = 2.62 [1.89, 3.62]) and 16 suggestive G x S effects. At the intergenic 10q21 locus, the risk of NSCL/P is estimated to increase with additional copies of the minor allele for females, but the opposite effect for males. Our observation that the impact of genetic variants on NSCL/P risk differs for males and females may further our understanding of the genetic architecture of NSCL/P and the sex differences underlying clefts and other birth defects.