Abstract Mitochondria play a significant role in human diseases. However, disease associations with mitochondrial DNA (mtDNA) SNPs have proven difficult to replicate. A reanalysis of eight schizophrenia-associated mtDNA SNPs, in 23,743 normal Danes and 2,538 schizophrenia patients, revealed marked inter-allelic differences in haplogroup affiliation and nuclear ancestry, genogeophraphic affinity (GGA). This bi-genomic linkage disequilibrium (2GLD) could entail population stratification. Only two mitochondrial SNPs, m. 15043A and m. 15218G, were significantly associated with schizophrenia. However, these associations disappeared when corrected for haplogroup affiliation. The extensive 2GLD documented is a major concern when interpreting historic as well as designing future mtDNA association studies.

Schizophrenia genome-wide association (GWA) studies have identified over 150 regions of the genome that are associated with disease risk, yet there is little evidence that coding mutations contribute to this disorder. To explore the mechanism of non-coding regulatory elements in schizophrenia, we performed ATAC-seq on adult prefrontal cortex brain samples from 135 individuals with schizophrenia and 137 controls, and identified 118,152 ATAC-seq peaks. These accessible chromatin regions in brain are highly enriched for SNP-heritability for schizophrenia (10.6 fold enrichment, P=2.4x10-4, second only to genomic regions conserved in Eutherian mammals) and replicated in an independent dataset (9.0 fold enrichment, P=2.7x10-4). This degree of enrichment of schizophrenia heritability was higher than in open chromatin found in 138 different cell and tissue types. Brain open chromatin regions that overlapped highly conserved regions exhibited an even higher degree of heritability enrichment, indicating that conservation can identify functional subsets within regulatory elements active in brain. However, we did not identify chromatin accessibility differences between schizophrenia cases and controls, nor did we find an interaction of chromatin QTLs with case-control status. This indicates that although causal variants map within regulatory elements, mechanisms other than differential chromatin may govern the contribution of regulatory element variation to schizophrenia risk. Our results strongly implicate gene regulatory processes involving open chromatin in the pathogenesis of schizophrenia, and suggest a strategy to understand the hundreds of common variants emerging from large genomic studies of complex brain diseases.

Mitochondrial DNA (mtDNA) haplogroups (hgs) are evolutionarily conserved sets of mtDNA SNP-haplotypes with characteristic geographical distribution. Associations of hgs with disease and physiological characteristics have been reported, but have frequently not been reproducible. Using 418 mtDNA SNPs on the PsychChip (Illumina), we assessed the spatio-temporal distribution of mtDNA hgs in Denmark in DNA isolated from 24,642 geographically un-biased dried blood spots (DBS), collected from 1981 to 2005 through the Danish National Neonatal Screening program. Geno-geographic affinity (ancestry background) was established with ADMIXTURE using a reference of 100K+ autosomal SNPs in 2,248 individuals from nine populations. The hg distribution was typically Northern European, and hgs were highly variable based on median-joining analysis, suggesting multiple founder events. Considerable heterogeneity and variation in autosomal geno-geographic affinity was observed. Thus, individuals with hg H exhibited 95 %, and U hgs 38.2 % - 92.5 %, Danish ancestry. Significant clines between geographical regions and rural and metropolitan populations were found. Over 25 years, macro-hg L increased from 0.2 % to 1.2 % (p = 1.1*E-10), and M from 1 % to 2.4 % (p = 3.7*E-8). Hg U increased among the R macro-hg from 14.1 % to 16.5 % (p = 1.9*E-3). Geno-geographic affinity, geographical skewedness, and sub-hg distribution suggested that the L, M and U increases are due to immigration. The complex spatio-temporal dynamics and geno-geographic heterogeneity of mtDNA in the Danish population reflect repeated migratory events and, in later years, net immigration. Such complexity may explain the often contradictory and population-specific reports of mito-genomic association with disease.