Age-related macular degeneration (AMD) is the most common cause of irreversible vision loss in the developed world and has a strong genetic predisposition. A locus at human chromosome 10q26 affects the risk of AMD, but the precise gene(s) have not been identified. We genotyped 581 AMD cases and 309 normal controls in a Caucasian cohort in Utah. We demonstrate that a single-nucleotide polymorphism, rs11200638, in the promoter region of HTRA1 is the most likely causal variant for AMD at 10q26 and is estimated to confer a population attributable risk of 49.3%. The HTRA1 gene encodes a secreted serine protease. Preliminary analysis of lymphocytes and retinal pigment epithelium from four AMD patients revealed that the risk allele was associated with elevated expression levels of HTRA1 mRNA and protein. We also found that drusen in the eyes of AMD patients were strongly immunolabeled with HTRA1 antibody. Together, these findings support a key role for HTRA1 in AMD susceptibility and identify a potential new pathway for AMD pathogenesis.

Genetic testing for breast cancer susceptibility is widely used, but for many genes, evidence of an association with breast cancer is weak, underlying risk estimates are imprecise, and reliable subtype-specific risk estimates are lacking.

ABSTRACT Genome-wide association studies have identified breast cancer risk variants in over 150 genomic regions, but the mechanisms underlying risk remain largely unknown. These regions were explored by combining association analysis with in silico genomic feature annotations. We defined 205 independent risk-associated signals with the set of credible causal variants (CCVs) in each one. In parallel, we used a Bayesian approach (PAINTOR) that combines genetic association, linkage disequilibrium, and enriched genomic features to determine variants with high posterior probabilities (HPPs) of being causal. Potentially causal variants were significantly over-represented in active gene regulatory regions and transcription factor binding sites. We applied our INQUSIT pipeline for prioritizing genes as targets of potentially causal variants, using gene expression (eQTL), chromatin interaction and functional annotations. Known cancer drivers, transcription factors and genes in the developmental, apoptosis, immune system and DNA integrity checkpoint gene ontology pathways, were over-represented among the 178 highest confidence target genes.

Summary

 Co-observation of a gene variant with a pathogenic variant in another gene that explains the disease presentation has been designated as evidence against pathogenicity for commonly used variant classification guidelines. Multiple variant curation expert panels have specified, from consensus opinion, that this evidence type is not applicable for the classification of breast cancer predisposition gene variants. Statistical analysis of sequence data for 55,815 individuals diagnosed with breast cancer from the BRIDGES sequencing project was undertaken to formally assess the utility of co-observation data for germline variant classification. Our analysis included expected loss-of-function variants in 11 breast cancer predisposition genes and pathogenic missense variants in BRCA1, BRCA2, and TP53. We assessed whether co-observation of pathogenic variants in two different genes occurred more or less often than expected under the assumption of independence. Co-observation of pathogenic variants in each of BRCA1, BRCA2, and PALB2 with the remaining genes was less frequent than expected. This evidence for depletion remained after adjustment for age at diagnosis, study design (familial versus population-based), and country. Co-observation of a variant of uncertain significance in BRCA1, BRCA2, or PALB2 with a pathogenic variant in another breast cancer gene equated to supporting evidence against pathogenicity following criterion strength assignment based on the likelihood ratio and showed utility in reclassification of missense BRCA1 and BRCA2 variants identified in BRIDGES. Our approach has applicability for assessing the value of co-observation as a predictor of variant pathogenicity in other clinical contexts, including for gene-specific guidelines developed by ClinGen Variant Curation Expert Panels.

The high-risk pedigree (HRP) design is an established strategy to discover rare, highly-penetrant, Mendelian-like causal variants. Its success, however, in complex traits has been modest, largely due to challenges of genetic heterogeneity and complex inheritance models. We describe a HRP strategy that addresses intra-familial heterogeneity, and identifies inherited segments important for mapping regulatory risk. We apply this new Shared Genomic Segment (SGS) method in 11 extended, Utah, multiple myeloma (MM) HRPs, and subsequent exome sequencing in SGS regions of interest in 1063 MM / MGUS (monoclonal gammopathy of undetermined significance, a precursor to MM) cases and 964 controls from a jointly-called collaborative resource, including cases from the initial 11 HRPs. One genome-wide significant 1.8 Mb shared segment was found at 6q16. Exome sequencing in this region revealed predicted deleterious variants in USP45 (p.Gln691*, p.Gln621Glu), a gene known to influence DNA repair through endonuclease regulation. Additionally, a 1.2 Mb segment at 1p36.11 is inherited in two Utah HRPs, with coding variants identified in ARID1A (p.Ser90Gly, p.Met890Val), a key gene in the SWI/SNF chromatin remodeling complex. Our results provide compelling statistical and genetic evidence for segregating risk variants for MM. In addition, we demonstrate a novel strategy to use large HRPs for risk-variant discovery more generally in complex traits.

We analyzed summary-level data from genome-wide association studies (GWAS) of European ancestry across fourteen cancer sites to estimate the number of common susceptibility variants (polygenicity) contributing to risk, as well as the distribution of their associated effect sizes. All cancers evaluated showed polygenicity, involving at a minimum thousands of independent susceptibility variants. For some malignancies, particularly chronic lymphoid leukemia (CLL) and testicular cancer, susceptibility variants have a larger proportion of variants with larger effect sizes than those for other cancers. In contrast, most variants for lung and breast cancers have very small associated effect sizes. We estimate a wide range of GWAS sample sizes for different cancer sites required to explain 80% of GWAS heritability, varying from 60,000 cases for CLL to over 1,000,000 cases for lung cancer. The maximum relative risk achievable for subjects at the 99th risk percentile of underlying polygenic risk-scores, compared to average risk, ranges from 12 for testicular to 2.5 for ovarian cancer. We show that polygenic risk scores have substantial potential for risk stratification for relatively common cancers such as breast, prostate and colon, but limited potential for other cancer sites because of modest heritability and lower disease incidence.

Progress in gene discovery for Autism Spectrum Disorder (ASD) has been rapid over the past decade, with major successes in validation of risk of predominantly rare, penetrant, de novo and inherited mutations in over 100 genes (de Rubies et al., 2015; Sanders et al., 2015). However, the majority of individuals with ASD diagnoses do not carry a rare, penetrant genetic risk factor. In fact, recent estimates suggest that most of the genetic liability of ASD is due to as yet undiscovered common, less penetrant inherited variation (Gaugler et al., 2014) which is much more difficult to detect. The study of extended, high-risk families adds significant information in our search for these common inherited risk factors. Here, we present results of a new, powerful pedigree analysis method (Shared Genomic Segments--SGS) on three large families from the Utah Autism Research Program. The method improves upon previous methods by allowing for within-family heterogeneity, and identifying exact region boundaries and subsets of cases who share for targeted follow-up analyses. Our SGS analyses identified one genome-wide significant shared segment on chromosome 17 (q21.32, p=1.47x10-8). Additional regions with suggestive evidence were identified on chromosomes 3, 4, 6, 8, 11, 13, 14, 15, and 18. Several of these segments showed evidence of sharing across families. Genes of interest in these regions include ATP8A1, DOCK3, CACNA2D2, ITGB3, AMBRA1, FOLH1, DGKZ, MTHFS, ARNT2, BTN2A2, BTN3A1, BTN3A3, BTN2A1, and BTN1A1. We are exploring multiple other lines of evidence to follow up these implicated regions and genes.

Suicide is the 10th leading cause of death in the US. While environment has undeniable impact, evidence suggests genetic factors play a significant role in completed suicide. We linked a resource of >4,500 DNA samples from completed suicides obtained from the Utah Medical Examiner to genealogical records and medical records data available on over 8 million individuals. This linking has resulted in the identification of high-risk extended families (7-9 generations) with significant familial risk of completed suicide. Familial aggregation across distant relatives minimizes effects of shared environment, provides more genetically homogeneous risk groups, and magnifies genetic risks through familial repetition. We analyzed Illumina PsychArray genotypes from suicide cases in 43 high-risk families, identifying 30 distinct shared genomic segments with genome-wide evidence (p=2.02E-07 to 1.30E-18) of segregation with completed suicide. The 207 genes implicated by the shared regions provide a focused set of genes for further study; 18 have been previously associated with suicide risk. While PsychArray variants do not represent exhaustive variation within the 207 genes, we investigated these for specific segregation within the high-risk families, and for association of variants with predicted functional impact in ~1300 additional Utah suicides unrelated to the discovery families. None of the limited PsychArray variants explained the high-risk family segregation; sequencing of these regions will be needed to discover segregating risk variants, which may be rarer or regulatory. However, additional association tests yielded four significant PsychArray variants (SP110, rs181058279; AGBL2, rs76215382; SUCLA2, rs121908538; APH1B, rs745918508), raising the likelihood that these genes confer risk of completed suicide.