Although plasma proteins have important roles in biological processes and are the direct targets of many drugs, the genetic factors that control inter-individual variation in plasma protein levels are not well understood. Here we characterize the genetic architecture of the human plasma proteome in healthy blood donors from the INTERVAL study. We identify 1,927 genetic associations with 1,478 proteins, a fourfold increase on existing knowledge, including trans associations for 1,104 proteins. To understand the consequences of perturbations in plasma protein levels, we apply an integrated approach that links genetic variation with biological pathway, disease, and drug databases. We show that protein quantitative trait loci overlap with gene expression quantitative trait loci, as well as with disease-associated loci, and find evidence that protein biomarkers have causal roles in disease using Mendelian randomization analysis. By linking genetic factors to diseases via specific proteins, our analyses highlight potential therapeutic targets, opportunities for matching existing drugs with new disease indications, and potential safety concerns for drugs under development. A genetic atlas of the human plasma proteome, comprising 1,927 genetic associations with 1,478 proteins, identifies causes of disease and potential drug targets.

Many common variants have been associated with hematological traits, but identification of causal genes and pathways has proven challenging. We performed a genome-wide association analysis in the UK Biobank and INTERVAL studies, testing 29.5 million genetic variants for association with 36 red cell, white cell, and platelet properties in 173,480 European-ancestry participants. This effort yielded hundreds of low frequency (<5%) and rare (<1%) variants with a strong impact on blood cell phenotypes. Our data highlight general properties of the allelic architecture of complex traits, including the proportion of the heritable component of each blood trait explained by the polygenic signal across different genome regulatory domains. Finally, through Mendelian randomization, we provide evidence of shared genetic pathways linking blood cell indices with complex pathologies, including autoimmune diseases, schizophrenia, and coronary heart disease and evidence suggesting previously reported population associations between blood cell indices and cardiovascular disease may be non-causal.

Plasmodium falciparum expresses on the host erythrocyte surface clonally variant antigens and ligands that mediate adherence to endothelial receptors. Both are central to pathogenesis, since they allow chronicity of infection and lead to concentration of infected erythrocytes in cerebral vessels. Here we show that expression of variant antigenic determinants is correlated with expression of individual members of a large, multigene family named var. Each var gene contains copies of a motif that has been previously shown to bind diverse host receptors; expression of a specific var gene correlated with binding to ICAM-1. Thus, our findings are consistent with the involvement of var genes in antigenic variation and binding to endothelium.

The spike protein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is critical for virus infection through the engagement of the human ACE2 protein1 and is a major antibody target. Here we show that chronic infection with SARS-CoV-2 leads to viral evolution and reduced sensitivity to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma, by generating whole-genome ultra-deep sequences for 23 time points that span 101 days and using in vitro techniques to characterize the mutations revealed by sequencing. There was little change in the overall structure of the viral population after two courses of remdesivir during the first 57 days. However, after convalescent plasma therapy, we observed large, dynamic shifts in the viral population, with the emergence of a dominant viral strain that contained a substitution (D796H) in the S2 subunit and a deletion (ΔH69/ΔV70) in the S1 N-terminal domain of the spike protein. As passively transferred serum antibodies diminished, viruses with the escape genotype were reduced in frequency, before returning during a final, unsuccessful course of convalescent plasma treatment. In vitro, the spike double mutant bearing both ΔH69/ΔV70 and D796H conferred modestly decreased sensitivity to convalescent plasma, while maintaining infectivity levels that were similar to the wild-type virus.The spike substitution mutant D796H appeared to be the main contributor to the decreased susceptibility to neutralizing antibodies, but this mutation resulted in an infectivity defect. The spike deletion mutant ΔH69/ΔV70 had a twofold higher level of infectivity than wild-type SARS-CoV-2, possibly compensating for the reduced infectivity of the D796H mutation. These data reveal strong selection on SARS-CoV-2 during convalescent plasma therapy, which is associated with the emergence of viral variants that show evidence of reduced susceptibility to neutralizing antibodies in immunosuppressed individuals. Chronic infection with SARS-CoV-2 leads to the emergence of viral variants that show reduced susceptibility to neutralizing antibodies in an immunosuppressed individual treated with convalescent plasma.

ADHESION of parasitized erythrocytes to post-capillary venular endothelium1or uninfected red cells'2–4 is strongly implicated in the pathogenesis of severe Plasmodlum faldparum malaria. Neo-antigens at the infected red-cell surface adhere to a variety of host receptors5–9, demonstrate serological diversity in field isolates10,11 and may also be a target of the host-protective immune response12. Here we use sequential cloning ofP. faldparum by micromanipula-tion to investigate the ability of a parasite to switch antigenic and cytoadherence phenotypes. Our data show that antigens at the parasitized cell surface undergo clonal variation in vitro in the absence of immune pressure at the rate of 2% per generation with concomitant modulations of the adhesive phenotype. A clone has the potential to switch at high frequency to a variety of antigenic and adhesive phenotypes, including a new type of cytoadherence behaviour, 'auto-agglutination' of infected erythrocytes. This rapid appearance of antigenic and functional heterogeneity has important implications for pathogenesis and acquired immunity.

Abstract A simple modification of the standard rotarod apparatus is described which eliminates the necessity of time-consuming training and consequently gives a truer measure of motor co-ordination since any effects on memory are avoided. The sensitivity and reproducibility of the procedure are much greater than those obtained with constant speed rotarods and less animals are required to obtain statistically significant results.

The authors analyzed the whole-exome sequences of over 16,000 individuals and found that very rare variants predicted to disrupt the SETD1A gene confer substantial risk for schizophrenia. Damaging variants in SETD1A were also associated with diverse, severe developmental disorders, providing an important genetic link between schizophrenia and other neurodevelopmental disorders. By analyzing the whole-exome sequences of 4,264 schizophrenia cases, 9,343 controls and 1,077 trios, we identified a genome-wide significant association between rare loss-of-function (LoF) variants in SETD1A and risk for schizophrenia (P = 3.3 × 10−9). We found only two heterozygous LoF variants in 45,376 exomes from individuals without a neuropsychiatric diagnosis, indicating that SETD1A is substantially depleted of LoF variants in the general population. Seven of the ten individuals with schizophrenia carrying SETD1A LoF variants also had learning difficulties. We further identified four SETD1A LoF carriers among 4,281 children with severe developmental disorders and two more carriers in an independent sample of 5,720 Finnish exomes, both with notable neuropsychiatric phenotypes. Together, our observations indicate that LoF variants in SETD1A cause a range of neurodevelopmental disorders, including schizophrenia. Combining these data with previous common variant evidence, we suggest that epigenetic dysregulation, specifically in the histone H3K4 methylation pathway, is an important mechanism in the pathogenesis of schizophrenia.

Matthew Hurles and colleagues report exome sequencing of 1,891 individuals with syndromic or nonsyndromic congenital heart defects (CHD). They found that nonsyndromic CHD patients were enriched for protein-truncating variants in CHD-associated genes inherited from unaffected parents and identified three new syndromic CHD disorders caused by de novo mutations. Congenital heart defects (CHDs) have a neonatal incidence of 0.8–1% (refs. 1,2). Despite abundant examples of monogenic CHD in humans and mice, CHD has a low absolute sibling recurrence risk (∼2.7%)3, suggesting a considerable role for de novo mutations (DNMs) and/or incomplete penetrance4,5. De novo protein-truncating variants (PTVs) have been shown to be enriched among the 10% of 'syndromic' patients with extra-cardiac manifestations6,7. We exome sequenced 1,891 probands, including both syndromic CHD (S-CHD, n = 610) and nonsyndromic CHD (NS-CHD, n = 1,281). In S-CHD, we confirmed a significant enrichment of de novo PTVs but not inherited PTVs in known CHD-associated genes, consistent with recent findings8. Conversely, in NS-CHD we observed significant enrichment of PTVs inherited from unaffected parents in CHD-associated genes. We identified three genome-wide significant S-CHD disorders caused by DNMs in CHD4, CDK13 and PRKD1. Our study finds evidence for distinct genetic architectures underlying the low sibling recurrence risk in S-CHD and NS-CHD.

Background The World Health Organization has declared Sickle Cell Anemia (SCA) a public health priority. There are 300,000 births/year, over 75% in Africa, with estimates suggesting that 6 million Africans will be living with SCA if average survival reaches half the African norm. Countries such as United States of America and United Kingdom have reduced SCA mortality from 3 to 0.13 per 100 person years of observation (PYO), with interventions such as newborn screening, prevention of infections and comprehensive care, but implementation of interventions in African countries has been hindered by lack of locally appropriate information. The objective of this study was to determine the incidence and factors associated with death from SCA in Dar-es-Salaam. Methods and Findings A hospital-based cohort study was conducted, with prospective surveillance of 1,725 SCA patients recruited from 2004 to 2009, with 209 (12%) lost to follow up, while 86 died. The mortality rate was 1.9 (95%CI 1.5, 2.9) per 100 PYO, highest under 5-years old [7.3 (4.8–11.0)], adjusting for dates of birth and study enrollment. Independent risk factors, at enrollment to the cohort, predicting death were low hemoglobin (<5 g/dL) [3.8 (1.8–8.2); p = 0.001] and high total bilirubin (≥102 µmol/L) [1.7 (1.0–2.9); p = 0.044] as determined by logistic regression. Conclusions Mortality in SCA in Africa is high, with the most vulnerable period being under 5-years old. This is most likely an underestimate, as this was a hospital cohort and may not have captured SCA individuals with severe disease who died in early childhood, those with mild disease who are undiagnosed or do not utilize services at health facilities. Prompt and effective treatment for anemia in SCA is recommended as it is likely to improve survival. Further research is required to determine the etiology, pathophysiology and the most appropriate strategies for management of anemia in SCA.