Understanding the genetic basis of airflow obstruction and smoking behaviour is key to determining the pathophysiology of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We used UK Biobank data to study the genetic causes of smoking behaviour and lung health.We sampled individuals of European ancestry from UK Biobank, from the middle and extremes of the forced expiratory volume in 1 s (FEV1) distribution among heavy smokers (mean 35 pack-years) and never smokers. We developed a custom array for UK Biobank to provide optimum genome-wide coverage of common and low-frequency variants, dense coverage of genomic regions already implicated in lung health and disease, and to assay rare coding variants relevant to the UK population. We investigated whether there were shared genetic causes between different phenotypes defined by extremes of FEV1. We also looked for novel variants associated with extremes of FEV1 and smoking behaviour and assessed regions of the genome that had already shown evidence for a role in lung health and disease. We set genome-wide significance at p<5 × 10(-8).UK Biobank participants were recruited from March 15, 2006, to July 7, 2010. Sample selection for the UK BiLEVE study started on Nov 22, 2012, and was completed on Dec 20, 2012. We selected 50,008 unique samples: 10,002 individuals with low FEV1, 10,000 with average FEV1, and 5002 with high FEV1 from each of the heavy smoker and never smoker groups. We noted a substantial sharing of genetic causes of low FEV1 between heavy smokers and never smokers (p=2.29 × 10(-16)) and between individuals with and without doctor-diagnosed asthma (p=6.06 × 10(-11)). We discovered six novel genome-wide significant signals of association with extremes of FEV1, including signals at four novel loci (KANSL1, TSEN54, TET2, and RBM19/TBX5) and independent signals at two previously reported loci (NPNT and HLA-DQB1/HLA-DQA2). These variants also showed association with COPD, including in individuals with no history of smoking. The number of copies of a 150 kb region containing the 5' end of KANSL1, a gene that is important for epigenetic gene regulation, was associated with extremes of FEV1. We also discovered five new genome-wide significant signals for smoking behaviour, including a variant in NCAM1 (chromosome 11) and a variant on chromosome 2 (between TEX41 and PABPC1P2) that has a trans effect on expression of NCAM1 in brain tissue.By sampling from the extremes of the lung function distribution in UK Biobank, we identified novel genetic causes of lung function and smoking behaviour. These results provide new insight into the specific mechanisms underlying airflow obstruction, COPD, and tobacco addiction, and show substantial shared genetic architecture underlying airflow obstruction across individuals, irrespective of smoking behaviour and other airway disease.Medical Research Council.

Michael Cho and colleagues report a genome-wide association study of risk for chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in a large, multi-ancestry cohort. They identify 22 genome-wide significant loci, including 13 not previously associated with COPD and 4 not previously associated with any lung function trait. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a leading cause of mortality worldwide1. We performed a genetic association study in 15,256 cases and 47,936 controls, with replication of select top results (P < 5 × 10−6) in 9,498 cases and 9,748 controls. In the combined meta-analysis, we identified 22 loci associated at genome-wide significance, including 13 new associations with COPD. Nine of these 13 loci have been associated with lung function in general population samples2,3,4,5,6,7, while 4 (EEFSEC, DSP, MTCL1, and SFTPD) are new. We noted two loci shared with pulmonary fibrosis8,9 (FAM13A and DSP) but that had opposite risk alleles for COPD. None of our loci overlapped with genome-wide associations for asthma, although one locus has been implicated in joint susceptibility to asthma and obesity10. We also identified genetic correlation between COPD and asthma. Our findings highlight new loci associated with COPD, demonstrate the importance of specific loci associated with lung function to COPD, and identify potential regions of genetic overlap between COPD and other respiratory diseases.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the leading cause of respiratory mortality worldwide. Genetic risk loci provide new insights into disease pathogenesis. We performed a genome-wide association study in 35,735 cases and 222,076 controls from the UK Biobank and additional studies from the International COPD Genetics Consortium. We identified 82 loci associated with P < 5 × 10

Rationale Lung function measures are heritable traits that predict population morbidity and mortality and are essential for the diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Variations in many genes have been reported to affect these traits, but attempts at replication have provided conflicting results. Recently, we undertook a meta-analysis of Genome Wide Association Study (GWAS) results for lung function measures in 20,288 individuals from the general population (the SpiroMeta consortium). Objectives To comprehensively analyse previously reported genetic associations with lung function measures, and to investigate whether single nucleotide polymorphisms (SNPs) in these genomic regions are associated with lung function in a large population sample. Methods We analysed association for SNPs tagging 130 genes and 48 intergenic regions (+/−10 kb), after conducting a systematic review of the literature in the PubMed database for genetic association studies reporting lung function associations. Results The analysis included 16,936 genotyped and imputed SNPs. No loci showed overall significant association for FEV1 or FEV1/FVC traits using a carefully defined significance threshold of 1.3×10−5. The most significant loci associated with FEV1 include SNPs tagging MACROD2 (P = 6.81×10−5), CNTN5 (P = 4.37×10−4), and TRPV4 (P = 1.58×10−3). Among ever-smokers, SERPINA1 showed the most significant association with FEV1 (P = 8.41×10−5), followed by PDE4D (P = 1.22×10−4). The strongest association with FEV1/FVC ratio was observed with ABCC1 (P = 4.38×10−4), and ESR1 (P = 5.42×10−4) among ever-smokers. Conclusions Polymorphisms spanning previously associated lung function genes did not show strong evidence for association with lung function measures in the SpiroMeta consortium population. Common SERPINA1 polymorphisms may affect FEV1 among smokers in the general population.

Louise Wain, Ian Hall, Martin Tobin and colleagues report genome-wide association analyses of lung function, identifying 43 new signals associated with one or more lung function traits. A genetic risk score derived from these results was significantly associated with risk for chronic obstructive pulmonary disease in independent populations. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by reduced lung function and is the third leading cause of death globally. Through genome-wide association discovery in 48,943 individuals, selected from extremes of the lung function distribution in UK Biobank, and follow-up in 95,375 individuals, we increased the yield of independent signals for lung function from 54 to 97. A genetic risk score was associated with COPD susceptibility (odds ratio per 1 s.d. of the risk score (∼6 alleles) (95% confidence interval) = 1.24 (1.20–1.27), P = 5.05 × 10−49), and we observed a 3.7-fold difference in COPD risk between individuals in the highest and lowest genetic risk score deciles in UK Biobank. The 97 signals show enrichment in genes for development, elastic fibers and epigenetic regulation pathways. We highlight targets for drugs and compounds in development for COPD and asthma (genes in the inositol phosphate metabolism pathway and CHRM3) and describe targets for potential drug repositioning from other clinical indications.

BackgroundIdiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic progressive lung disease with high mortality, uncertain cause, and few treatment options. Studies have identified a significant genetic risk associated with the development of IPF; however, mechanisms by which genetic risk factors promote IPF remain unclear. We aimed to identify genetic variants associated with IPF susceptibility and provide mechanistic insight using gene and protein expression analyses.MethodsWe used a two-stage approach: a genome-wide association study in patients with IPF of European ancestry recruited from nine different centres in the UK and controls selected from UK Biobank (stage 1) matched for age, sex, and smoking status; and a follow-up of associated genetic variants in independent datasets of patients with IPF and controls from two independent US samples from the Chicago consortium and the Colorado consortium (stage 2). We investigated the effect of novel signals on gene expression in large transcriptomic and genomic data resources, and examined expression using lung tissue samples from patients with IPF and controls.Findings602 patients with IPF and 3366 controls were selected for stage 1. For stage 2, 2158 patients with IPF and 5195 controls were selected. We identified a novel genome-wide significant signal of association with IPF susceptibility near A-kinase anchoring protein 13 (AKAP13; rs62025270, odds ratio [OR] 1·27 [95% CI 1·18–1·37], p=1·32 × 10−9) and confirmed previously reported signals, including in mucin 5B (MUC5B; rs35705950, OR 2·89 [2·56–3·26], p=1·12 × 10−66) and desmoplakin (DSP; rs2076295, OR 1·44 [1·35–1·54], p=7·81 × 10−28). For rs62025270, the allele A associated with increased susceptibility to IPF was also associated with increased expression of AKAP13 mRNA in lung tissue from patients who had lung resection procedures (n=1111). We showed that AKAP13 is expressed in the alveolar epithelium and lymphoid follicles from patients with IPF, and AKAP13 mRNA expression was 1·42-times higher in lung tissue from patients with IPF (n=46) than that in lung tissue from controls (n=51).InterpretationAKAP13 is a Rho guanine nucleotide exchange factor regulating activation of RhoA, which is known to be involved in profibrotic signalling pathways. The identification of AKAP13 as a susceptibility gene for IPF increases the prospect of successfully targeting RhoA pathway inhibitors in patients with IPF.FundingUK Medical Research Council, National Heart, Lung, and Blood Institute of the US National Institutes of Health, Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información, Spain, UK National Institute for Health Research, and the British Lung Foundation.

Abstract Reduced lung function predicts mortality and is key to the diagnosis of COPD. In a genome-wide association study in 400,102 individuals of European ancestry, we define 279 lung function signals, one-half of which are new. In combination these variants strongly predict COPD in deeply-phenotyped patient populations. Furthermore, the combined effect of these variants showed generalisability across smokers and never-smokers, and across ancestral groups. We highlight biological pathways, known and potential drug targets for COPD and, in phenome-wide association studies, autoimmune-related and other pleiotropic effects of lung function associated variants. This new genetic evidence has potential to improve future preventive and therapeutic strategies for COPD.

Elevated blood pressure is a major risk factor for cardiovascular disease and has a substantial genetic contribution. Genetic variation influencing blood pressure has the potential to identify new pharmacological targets for the treatment of hypertension. To discover additional novel blood pressure loci, we used 1000 Genomes Project-based imputation in 150,134 European ancestry individuals and sought significant evidence for independent replication in a further 228,245 individuals. We report 6 new signals of association in or near HSPB7, TNXB, LRP12, LOC283335, SEPT9 and AKT2, and provide new replication evidence for a further 2 signals in EBF2 and NFKBIA. Combining large whole-blood gene expression resources totaling 12,607 individuals, we investigated all novel and previously reported signals and identified 48 genes with evidence for involvement in BP regulation that are significant in multiple resources. Three novel kidney-specific signals were also detected. These robustly implicated genes may provide new leads for therapeutic innovation.

High blood pressure is the foremost heritable global risk factor for cardiovascular disease. We report the largest genetic association study of blood pressure traits to date (systolic, diastolic, pulse pressure) in over one million people of European ancestry. We identify 535 novel blood pressure loci that not only offer new biological insights into blood pressure regulation but also reveal shared loci influencing lifestyle exposures. Our findings offer the potential for a precision medicine strategy for future cardiovascular disease prevention.

EXCEED is a longitudinal population-based cohort which facilitates investigation of genetic, environmental and lifestyle-related determinants of a broad range of diseases and of multiple morbidity through data collected at baseline and via electronic healthcare record linkage. Recruitment has taken place in Leicester, Leicestershire and Rutland since 2013 and is ongoing, with 10 156 participants aged 30-69 to date. The population of Leicester is diverse and additional recruitment from the local South Asian community is ongoing. Participants have consented to follow-up for up to 25 years through electronic health records (EHR). Data available includes baseline demographics, anthropometry, spirometry, lifestyle factors (smoking and alcohol use) and longitudinal health information from primary care records, with additional linkage to other EHR datasets planned. Patients have consented to be contacted for recall-by-genotype and recall-by-phenotype sub-studies, providing an important resource for precision medicine research. We welcome requests for collaboration and data access by contacting the study management team via exceed@le.ac.uk.