Schizophrenia has a heritability of 60–80%1, much of which is attributable to common risk alleles. Here, in a two-stage genome-wide association study of up to 76,755 individuals with schizophrenia and 243,649 control individuals, we report common variant associations at 287 distinct genomic loci. Associations were concentrated in genes that are expressed in excitatory and inhibitory neurons of the central nervous system, but not in other tissues or cell types. Using fine-mapping and functional genomic data, we identify 120 genes (106 protein-coding) that are likely to underpin associations at some of these loci, including 16 genes with credible causal non-synonymous or untranslated region variation. We also implicate fundamental processes related to neuronal function, including synaptic organization, differentiation and transmission. Fine-mapped candidates were enriched for genes associated with rare disruptive coding variants in people with schizophrenia, including the glutamate receptor subunit GRIN2A and transcription factor SP4, and were also enriched for genes implicated by such variants in neurodevelopmental disorders. We identify biological processes relevant to schizophrenia pathophysiology; show convergence of common and rare variant associations in schizophrenia and neurodevelopmental disorders; and provide a resource of prioritized genes and variants to advance mechanistic studies. A genome-wide association study including over 76,000 individuals with schizophrenia and over 243,000 control individuals identifies common variant associations at 287 genomic loci, and further fine-mapping analyses highlight the importance of genes involved in synaptic processes.

The CNV analysis group of the Psychiatric Genomic Consortium analyzes a large schizophrenia cohort to examine genomic copy number variants (CNVs) and disease risk. They find an enrichment of CNV burden in cases versus controls and identify 8 genome-wide significant loci as well as novel suggestive loci conferring either risk or protection to schizophrenia. Copy number variants (CNVs) have been strongly implicated in the genetic etiology of schizophrenia (SCZ). However, genome-wide investigation of the contribution of CNV to risk has been hampered by limited sample sizes. We sought to address this obstacle by applying a centralized analysis pipeline to a SCZ cohort of 21,094 cases and 20,227 controls. A global enrichment of CNV burden was observed in cases (odds ratio (OR) = 1.11, P = 5.7 × 10−15), which persisted after excluding loci implicated in previous studies (OR = 1.07, P = 1.7 × 10−6). CNV burden was enriched for genes associated with synaptic function (OR = 1.68, P = 2.8 × 10−11) and neurobehavioral phenotypes in mouse (OR = 1.18, P = 7.3 × 10−5). Genome-wide significant evidence was obtained for eight loci, including 1q21.1, 2p16.3 (NRXN1), 3q29, 7q11.2, 15q13.3, distal 16p11.2, proximal 16p11.2 and 22q11.2. Suggestive support was found for eight additional candidate susceptibility and protective loci, which consisted predominantly of CNVs mediated by nonallelic homologous recombination.

Schizophrenia and bipolar disorder are two distinct diagnoses that share symptomology. Understanding the genetic factors contributing to the shared and disorder-specific symptoms will be crucial for improving diagnosis and treatment. In genetic data consisting of 53,555 cases (20,129 bipolar disorder [BD], 33,426 schizophrenia [SCZ]) and 54,065 controls, we identified 114 genome-wide significant loci implicating synaptic and neuronal pathways shared between disorders. Comparing SCZ to BD (23,585 SCZ, 15,270 BD) identified four genomic regions including one with disorder-independent causal variants and potassium ion response genes as contributing to differences in biology between the disorders. Polygenic risk score (PRS) analyses identified several significant correlations within case-only phenotypes including SCZ PRS with psychotic features and age of onset in BD. For the first time, we discover specific loci that distinguish between BD and SCZ and identify polygenic components underlying multiple symptom dimensions. These results point to the utility of genetics to inform symptomology and potential treatment.

Upregulation of the immune response may be involved in the pathogenesis of schizophrenia with changes occurring in both peripheral blood and brain tissue. To date, microarray technology has provided a limited view of specific inflammatory transcripts in brain perhaps due to sensitivity issues. Here we used SOLiD Next Generation Sequencing to quantify neuroimmune mRNA expression levels in the dorsolateral prefrontal cortex of 20 individuals with schizophrenia and their matched controls. We detected 798 differentially regulated transcripts present in people with schizophrenia compared with controls. Ingenuity pathway analysis identified the inflammatory response as a key change. Using quantitative real-time PCR we confirmed the changes in candidate cytokines and immune modulators, including interleukin (IL)-6, IL-8, IL-1β and SERPINA3. The density of major histocompatibility complex-II-positive cells morphologically resembling microglia was significantly increased in schizophrenia and correlated with IL-1β expression. A group of individuals, most of whom had schizophrenia, were found to have increased inflammatory mRNA expression. In summary, we have demonstrated changes in an inflammatory response pathway that are present in ∼40% of people diagnosed with schizophrenia. This suggests that therapies aimed at immune system attenuation in schizophrenia may be of direct benefit in the brain.

MicroRNA expression profiling and quantitative reverse transcription-PCR analysis of the superior temporal gyrus and the dorsolateral prefrontal cortex revealed a significant schizophrenia-associated increase in global microRNA expression. This change was associated with an elevation of primary microRNA processing and corresponded with an increase in the microprocessor component DGCR8. The biological implications for this extensive increase in gene silencing are profound, and were exemplified by members of the miR-15 family and other related microRNA, which were significantly upregulated in both brain regions. This functionally convergent influence is overrepresented in pathways involved in synaptic plasticity and includes many genes and pathways associated with schizophrenia, some of which were substantiated in vitro by reporter gene assay. Given the magnitude of microRNA changes and their wide sphere of influence, this phenomenon could represent an important dimension in the pathogenesis of schizophrenia.

Schizophrenia (SZ) is a complex disease characterized by impaired neuronal functioning. Although defective alternative splicing has been linked to SZ, the molecular mechanisms responsible are unknown. Additionally, there is limited understanding of the early transcriptomic responses to neuronal activation. Here, we profile these transcriptomic responses and show that long non-coding RNAs (lncRNAs) are dynamically regulated by neuronal activation, including acute downregulation of the lncRNA Gomafu, previously implicated in brain and retinal development. Moreover, we demonstrate that Gomafu binds directly to the splicing factors QKI and SRSF1 (serine/arginine-rich splicing factor 1) and dysregulation of Gomafu leads to alternative splicing patterns that resemble those observed in SZ for the archetypal SZ-associated genes DISC1 and ERBB4. Finally, we show that Gomafu is downregulated in post-mortem cortical gray matter from the superior temporal gyrus in SZ. These results functionally link activity-regulated lncRNAs and alternative splicing in neuronal function and suggest that their dysregulation may contribute to neurological disorders.

Selective serotonin and serotonin norepinephrine reuptake inhibitors (SSRI; SNRI) are the first choice pharmacological treatment options for major depression. It has long been assumed that the primary therapeutic mechanism of action of these drugs involves the modulation of monoaminergic systems. However, contemporary investigations have revealed that depression is linked with inflammation, and that SSRI/SNRIs possess significant anti-inflammatory actions. While these anti-inflammatory properties initially only related to work undertaken on cells of the peripheral immune system, it has recently become apparent that these drugs also exert anti-inflammatory effects on microglia, the principal cells within the CNS that regulate and respond to inflammatory factors. The aim of the current study was to compare SSRI/SNRIs in terms of their anti-inflammatory potency, and to determine the specific mechanisms through which these effects are mediated. Accordingly, the current study evaluated the ability of five different SSRIs (fluoxetine, sertraline, paroxetine, fluvoxamine and citalopram) and one SNRI (venlafaxine) to suppress microglial responses to an inflammatory stimulus. Specifically, we examined their ability to alter tumour necrosis factor-α (TNF-α) and nitric oxide (NO) production after 4 and 24 h stimulation with lipopolysaccharide. Our results indicated that the SSRIs potently inhibited microglial TNF-α and NO production. We then investigated whether these effects might involve either β-adrenoceptor or cAMP signalling. Using the protein kinase A inhibitor Rp-CAMPs, we found evidence to suggest that cAMP signalling is involved in regulating the anti-inflammatory response. These findings suggest that antidepressants may owe at least some of their therapeutic effectiveness to their anti-inflammatory properties.

Analysis of global microRNA (miRNA) expression in postmortem cortical grey matter from the superior temporal gyrus, revealed significant up-regulation of miR-181b expression in schizophrenia. This finding was supported by quantitative real-time RT–PCR analysis of miRNA expression in a cohort of 21 matched pairs of schizophrenia and non-psychiatric controls. The implications of this finding are substantial, as this miRNA is predicted to regulate many target genes with potential significance to the development of schizophrenia. They include the calcium sensor gene visinin-like 1 (VSNL1) and the ionotropic AMPA glutamate receptor subunit (GRIA2), which were found to be down-regulated in the same cortical tissue from the schizophrenia group. Both of these genes were also suppressed in miR-181b transfected cells and shown to contain functional miR-181b miRNA recognition elements by reporter gene assay. This study suggests altered miRNA levels could be a significant factor in the dysregulation of cortical gene expression in schizophrenia.

Abstract The size of the human head is determined by growth in the first years of life, while the rest of the body typically grows until early adulthood 1 . Such complex developmental processes are regulated by various genes and growth pathways 2 . Rare genetic syndromes have revealed genes that affect head size 3 , but the genetic drivers of variation in head size within the general population remain largely unknown. To elucidate biological pathways underlying the growth of the human head, we performed the largest genome-wide association study on human head size to date (N = 79,107). We identified 67 genetic loci, 50 of which are novel, and found that these loci are preferentially associated with head size and mostly independent from height. In subsequent neuroimaging analyses, the majority of genetic variants demonstrated widespread effects on the brain, whereas the effects of 17 variants could be localized to one or two specific brain regions. Through hypothesis-free approaches, we find a strong overlap of head size variants with both cancer pathways and cancer genes. Gene set analyses showed enrichment for different types of cancer and the p53, Wnt and ErbB signalling pathway. Genes overlapping or close to lead variants – such as TP53 , PTEN and APC – were enriched for genes involved in macrocephaly syndromes (up to 37-fold) and high-fidelity cancer genes (up to 9-fold), whereas this enrichment was not seen for human height variants. This indicates that genes regulating early brain and cranial growth are associated with a propensity to neoplasia later in life, irrespective of height. Our results warrant further investigations of the link between head size and cancer, as well as its clinical implications in the general population.

Abstract While schizophrenia is considered a prototypical network disorder characterized by widespread brain-morphological alterations, it still remains unclear whether distributed structural alterations robustly reflect underlying network layout. Here, we tested whether large-scale structural alterations in schizophrenia relate to normative structural and functional connectome architecture, and systematically evaluated robustness and generalizability of these network-level alterations. Leveraging anatomical MRI scans from 2,439 adults with schizophrenia and 2,867 healthy controls from 26 ENIGMA sites and normative data from the Human Connectome Project (n=207), we evaluated structural alterations of schizophrenia against two network susceptibility models: i) hub vulnerability, which examines associations between regional network centrality and magnitude of disease-related alterations; ii) epicenter mapping, which identify regions whose typical connectivity profile most closely resembles the disease-related morphological alterations. To assess generalizability and specificity, we contextualized the influence of site, disease stages, and individual clinical factors and compared network associations of schizophrenia with that found in affective disorders. Schizophrenia-related structural alterations co-localized with interconnected functional and structural hubs and harbored temporo-paralimbic and frontal epicenters. Findings were robust across sites and related to individual symptom profiles. We observed localized unique epicenters for first-episode psychosis and early stages, and transmodal epicenters that were shared across first-episode to chronic stages. Moreover, transdiagnostic comparisons revealed overlapping epicenters in schizophrenia and bipolar, but not major depressive disorder, yielding insights in pathophysiological continuity within the schizophrenia-bipolar-spectrum. In sum, cortical alterations over the course of schizophrenia robustly follow brain network architecture, emphasizing marked hub susceptibility and temporo-frontal epicenters at both the level of the group and the individual. Subtle variations of epicenters across disease stages suggest interacting pathological processes, while associations with patient-specific symptoms support additional inter-individual variability of hub vulnerability and epicenters in schizophrenia. Our work contributes to recognizing potentially common pathways to better understand macroscale structural alterations, and inter-individual variability in schizophrenia.