Abstract Current evidence from case/control studies indicates that genetic risk for psychiatric disorders derives primarily from numerous common variants, each with a small phenotypic impact. The literature describing apparent segregation of bipolar disorder (BP) in numerous multigenerational pedigrees suggests that, in such families, large-effect inherited variants might play a greater role. To evaluate this hypothesis, we conducted genetic analyses in 26 Colombian (CO) and Costa Rican (CR) pedigrees ascertained for BP1, the most severe and heritable form of BP. In these pedigrees, we performed microarray SNP genotyping of 856 individuals and high-coverage whole-genome sequencing of 454 individuals. Compared to their unaffected relatives, BP1 individuals had higher polygenic risk scores estimated from SNPs associated with BP discovered in independent genome-wide association studies, and also displayed a higher burden of rare deleterious single nucleotide variants (SNVs) and rare copy number variants (CNVs) in genes likely to be relevant to BP1. Parametric and non-parametric linkage analyses identified 15 BP1 linkage peaks, encompassing about 100 genes, although we observed no significant segregation pattern for any particular rare SNVs and CNVs. These results suggest that even in extended pedigrees, genetic risk for BP appears to derive mainly from small to moderate effect rare and common variants.

By analyzing multi-tissue gene expression and genome-wide genetic variation data in samples from a vervet monkey pedigree, we generated a transcriptome resource and produced the first catalogue of expression quantitative trait loci (eQTLs) in a non-human primate model. This catalogue contains more genome-wide significant eQTLs, per sample, than comparable human resources, and reveals sex and age-related expression patterns. Findings include a master regulatory locus that likely plays a role in immune function, and a locus regulating hippocampal long non-coding RNAs (lncRNAs), whose expression correlates with hippocampal volume. This resource will facilitate genetic investigation of quantitative traits, including brain and behavioral phenotypes relevant to neuropsychiatric disorders.

Schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BD) are highly heritable disorders that share a significant proportion of common risk variation. Understanding the genetic factors underlying the specific symptoms of these disorders will be crucial for improving diagnosis, intervention and treatment. In case-control data consisting of 53,555 cases (20,129 BD, 33,426 SCZ) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci (GWS) when comparing all cases to controls, of which 41 represented novel findings. Two genome-wide significant loci were identified when comparing SCZ to BD and a third was found when directly incorporating functional information. Regional joint association identified a genomic region of overlapping association in BD and SCZ with disease-independent causal variants indicating a fourth region contributing to differences between these disorders. Regional SNP-heritability analyses demonstrated that the estimated heritability of BD based on the SCZ GWS regions was significantly higher than that based on the average genomic region (91 regions, p = 1.2x10-6) while the inverse was not significant (19 regions, p=0.89). Using our BD and SCZ GWAS we calculated polygenic risk scores and identified several significant correlations with: 1) SCZ subphenotypes: negative symptoms (SCZ, p=3.6x10-6) and manic symptoms (BD, p=2x10-5), 2) BD subphenotypes: psychotic features (SCZ p=1.2x10-10, BD p=5.3x10-5) and age of onset (SCZ p=7.9x10-4). Finally, we show that psychotic features in BD has significant SNP-heritability (h2snp=0.15, SE=0.06), and a significant genetic correlation with SCZ (rg=0.34) in addition there is a significant sign test result between SCZ GWAS and a GWAS of BD cases contrasting those with and without psychotic features (p=0.0038, one-side binomial test). For the first time, we have identified specific loci pointing to a potential role of 4 genes (DARS2, ARFGEF2, DCAKD and GATAD2A) that distinguish between BD and SCZ, providing an opportunity to understand the biology contributing to clinical differences of these disorders. Our results provide the best evidence so far of genomic components distinguishing between BD and SCZ that contribute directly to specific symptom dimensions.

Uterine leiomyomata (UL), also known as uterine fibroids, are the most common neoplasms of the reproductive tract and the primary cause for hysterectomy, leading to considerable impact on women's lives as well as high economic burden. Genetic epidemiologic studies indicate that heritable risk factors contribute to UL pathogenesis. Previous genome-wide association studies (GWAS) identified five loci associated with UL at genome-wide significance (P < 5 x 10-8). We conducted GWAS meta-analysis in 20,406 cases and 223,918 female controls of white European ancestry, identifying 24 genome-wide significant independent loci; 17 replicated in an unrelated cohort of 15,068 additional cases and 43,587 female controls. Aggregation of discovery and replication studies (35,474 cases and 267,505 female controls) revealed six additional significant loci. Interestingly, four of the 17 loci identified and replicated in these analyses have also been associated with risk for endometriosis, another common gynecologic disorder. These findings increase our understanding of the biological mechanisms underlying UL development, and suggest overlapping genetic origins with endometriosis.

Most population isolates examined to date were founded from a single ancestral population. Consequently, there is limited knowledge about the demographic history of admixed population isolates. Here we investigate genomic diversity of recently admixed population isolates from Costa Rica and Colombia and compare their diversity to a benchmark population isolate, the Finnish. These Latin American isolates originated during the 16th century from admixture between a few hundred European males and Amerindian females, with a limited contribution from African founders. We examine whole genome sequence data from 449 individuals, ascertained as families to build mutigenerational pedigrees, with a mean sequencing depth of coverage of approximately 24X. We find that Latin American isolates have increased genetic diversity relative to the Finnish. However, there is an increase in the amount of identity by descent (IBD) segments in the Latin American isolates relative to the Finnish. The increase in IBD segments is likely a consequence of a very recent and severe population bottleneck during the founding of the admixed population isolates. Furthermore, the proportion of the genome that falls within a long run of homozygosity (ROH) in Costa Rican and Colombian individuals was significantly greater than that in the Finnish, suggesting more recent consanguinity in the Latin American isolates relative to that seen in the Finnish. Lastly, we found that recent consanguinity increased the number of deleterious variants found in the homozygous state, which is relevant if deleterious variants are recessive. Our study suggests there is no single genetic signature of a population isolate.

Bipolar disorder (BD) is a highly heritable mood disorder with complex genetic architecture and poorly understood etiology. We performed a whole blood transcriptome analysis in a BD case-control sample (Nsubjects = 480) by RNA sequencing. While we observed widespread differential gene expression patterns between affected and unaffected individuals, these effects were largely linked to lithium treatment at the time of blood draw (FDR < 0.05, Ngenes = 976) rather than BD diagnosis itself (FDR < 0.05, Ngenes = 6). These lithium-associated genes were enriched for cell signaling and immune response functional annotations, among others, and were associated with neutrophil cell-type proportions, which were elevated in lithium users. Neither genes with altered expression in cases nor in lithium users were enriched for BD, schizophrenia, and depression genetic risk based on information from genome-wide association studies, nor was gene expression associated with polygenic risk scores for BD. Our findings suggest that BD is associated with minimal changes in whole blood gene expression independent of medication use but underline the importance of accounting for medication use and cell type heterogeneity in psychiatric transcriptomic studies. The results of our study add to mounting evidence of lithium's cell signaling and immune-related mechanisms.

Genomic copy number variants (CNVs) have been strongly implicated in the etiology of schizophrenia (SCZ). However, apart from a small number of risk variants, elucidation of the CNV contribution to risk has been difficult due to the rarity of risk alleles, all occurring in less than 1% of cases. We sought to address this obstacle through a collaborative effort in which we applied a centralized analysis pipeline to a SCZ cohort of 21,094 cases and 20,227 controls. We observed a global enrichment of CNV burden in cases (OR=1.11, P=5.7e-15), which persisted after excluding loci implicated in previous studies (OR=1.07, P=1.7e-6). CNV burden is also enriched for genes associated with synaptic function (OR = 1.68, P = 2.8e-11) and neurobehavioral phenotypes in mouse (OR = 1.18, P= 7.3e-5). We identified genome-wide significant support for eight loci, including 1q21.1, 2p16.3 (NRXN1), 3q29, 7q11.2, 15q13.3, distal 16p11.2, proximal 16p11.2 and 22q11.2. We find support at a suggestive level for nine additional candidate susceptibility and protective loci, which consist predominantly of CNVs mediated by non-allelic homologous recombination (NAHR).

To assess the utility of online patient self-report outcomes in a rare disease, we attempted to observe the effects of corticosteroids in delaying age at fulltime wheelchair use in Duchenne muscular dystrophy (DMD) using data from 1,057 males from DuchenneConnect, an online registry. Data collected were compared to prior natural history data in regard to age at diagnosis, mutation spectrum, and age at loss of ambulation. Because registrants reported differences in steroid and other medication usage, as well as age and ambulation status, we could explore these data for correlations with age at loss of ambulation. Using multivariate analysis, current steroid usage was the most significant and largest independent predictor of improved wheelchair-free survival. Thus, these online self-report data were sufficient to retrospectively observe that current steroid use by patients with DMD is associated with a delay in loss of ambulation. Comparing commonly used steroid drugs, deflazacort prolonged ambulation longer than prednisone (median 14 years and 13 years, respectively). Further, use of Vitamin D and Coenzyme Q10, insurance status, and age at diagnosis after 4 years were also significant, but smaller, independent predictors of longer wheelchair-free survival. Nine other common supplements were also individually tested but had lower study power. This study demonstrates the utility of DuchenneConnect data to observe therapeutic differences, and highlights needs for improvement in quality and quantity of patient-report data, which may allow exploration of drug/therapeutic practice combinations impractical to study in clinical trial settings. Further, with the low barrier to participation, we anticipate substantial growth in the dataset in the coming years.

The role of the human microbiome in health and disease is increasingly appreciated. We studied the composition of microbial communities present in blood across 192 individuals, including healthy controls and patients with three disorders affecting the brain: schizophrenia, amyotrophic lateral sclerosis, and bipolar disorder. By using high-quality unmapped RNA sequencing reads as candidate microbial reads, we performed profiling of microbial transcripts detected in whole blood. We were able to detect a wide range of bacterial and archaeal phyla in blood. Interestingly, we observed an increased microbial diversity in schizophrenia patients compared to the three other groups. We replicated this finding in an independent schizophrenia case-control cohort. This increased diversity is inversely correlated with estimated cell abundance of a subpopulation of CD8+ memory T cells in healthy controls, supporting a link between microbial products found in blood, immunity, and schizophrenia.