Genes overlap across psychiatric disease Many genome-wide studies have examined genes associated with a range of neuropsychiatric disorders. However, the degree to which the genetic underpinnings of these diseases differ or overlap is unknown. Gandal et al. performed meta-analyses of transcriptomic studies covering five major psychiatric disorders and compared cases and controls to identify coexpressed gene modules. From this, they found that some psychiatric disorders share global gene expression patterns. This overlap in polygenic traits in neuropsychiatric disorders may allow for better diagnosis and treatment. Science , this issue p. 693

Characterized primarily by a low body-mass index, anorexia nervosa is a complex and serious illness1, affecting 0.9–4% of women and 0.3% of men2–4, with twin-based heritability estimates of 50–60%5. Mortality rates are higher than those in other psychiatric disorders6, and outcomes are unacceptably poor7. Here we combine data from the Anorexia Nervosa Genetics Initiative (ANGI)8,9 and the Eating Disorders Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium (PGC-ED) and conduct a genome-wide association study of 16,992 cases of anorexia nervosa and 55,525 controls, identifying eight significant loci. The genetic architecture of anorexia nervosa mirrors its clinical presentation, showing significant genetic correlations with psychiatric disorders, physical activity, and metabolic (including glycemic), lipid and anthropometric traits, independent of the effects of common variants associated with body-mass index. These results further encourage a reconceptualization of anorexia nervosa as a metabo-psychiatric disorder. Elucidating the metabolic component is a critical direction for future research, and paying attention to both psychiatric and metabolic components may be key to improving outcomes. Genome-wide analyses identify eight independent loci associated with anorexia nervosa. Genetic correlations implicate both psychiatric and metabolic components in the etiology of this disorder, even after adjusting for the effects of common variants associated with body mass index.

Autism spectrum disorder (ASD) involves substantial genetic contributions. These contributions are profoundly heterogeneous but may converge on common pathways that are not yet well understood. Here, through post-mortem genome-wide transcriptome analysis of the largest cohort of samples analysed so far, to our knowledge, we interrogate the noncoding transcriptome, alternative splicing, and upstream molecular regulators to broaden our understanding of molecular convergence in ASD. Our analysis reveals ASD-associated dysregulation of primate-specific long noncoding RNAs (lncRNAs), downregulation of the alternative splicing of activity-dependent neuron-specific exons, and attenuation of normal differences in gene expression between the frontal and temporal lobes. Our data suggest that SOX5, a transcription factor involved in neuron fate specification, contributes to this reduction in regional differences. We further demonstrate that a genetically defined subtype of ASD, chromosome 15q11.2-13.1 duplication syndrome (dup15q), shares the core transcriptomic signature observed in idiopathic ASD. Co-expression network analysis reveals that individuals with ASD show age-related changes in the trajectory of microglial and synaptic function over the first two decades, and suggests that genetic risk for ASD may influence changes in regional cortical gene expression. Our findings illustrate how diverse genetic perturbations can lead to phenotypic convergence at multiple biological levels in a complex neuropsychiatric disorder.

We performed a comprehensive assessment of rare inherited variation in autism spectrum disorder (ASD) by analyzing whole-genome sequences of 2,308 individuals from families with multiple affected children. We implicate 69 genes in ASD risk, including 24 passing genome-wide Bonferroni correction and 16 new ASD risk genes, most supported by rare inherited variants, a substantial extension of previous findings. Biological pathways enriched for genes harboring inherited variants represent cytoskeletal organization and ion transport, which are distinct from pathways implicated in previous studies. Nevertheless, the de novo and inherited genes contribute to a common protein-protein interaction network. We also identified structural variants (SVs) affecting non-coding regions, implicating recurrent deletions in the promoters of DLG2 and NR3C2. Loss of nr3c2 function in zebrafish disrupts sleep and social function, overlapping with human ASD-related phenotypes. These data support the utility of studying multiplex families in ASD and are available through the Hartwell Autism Research and Technology portal.

Anorexia nervosa (AN) is a complex and serious eating disorder, occurring in ~1% of individuals. Despite having the highest mortality rate of any psychiatric disorder, little is known about the aetiology of AN, and few effective treatments exist. Global efforts to collect large sample sizes of individuals with AN have been highly successful, and a recent study consequently identified the first genome-wide significant locus involved in AN. This result, coupled with other recent studies and epidemiological evidence, suggest that previous characterizations of AN as a purely psychiatric disorder are over-simplified. Rather, both neurological and metabolic pathways may also be involved. In order to elucidate more of the system-specific aetiology of AN, we applied transcriptomic imputation methods to 3,495 cases and 10,982 controls, collected by the Eating Disorders Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium (PGC-ED). Transcriptomic Imputation (TI) methods approaches use machine-learning methods to impute tissue-specific gene expression from large genotype data using curated eQTL reference panels. These offer an exciting opportunity to compare gene associations across neurological and metabolic tissues. Here, we applied CommonMind Consortium (CMC) and GTEx-derived gene expression prediction models for 13 brain tissues and 12 tissues with potential metabolic involvement (adipose, adrenal gland, 2 colon, 3 esophagus, liver, pancreas, small intestine, spleen, stomach). We identified 35 significant gene-tissue associations within the large chromosome 12 region described in the recent PGC-ED GWAS. We applied forward stepwise conditional analyses and FINEMAP to associations within this locus to identify putatively causal signals. We identified four independently associated genes; RPS26, C12orf49, SUOX, and RDH16. We also identified two further genome-wide significant gene-tissue associations, both in brain tissues; REEP5, in the dorso-lateral pre-frontal cortex (DLPFC; p=8.52x10-07), and CUL3, in the caudate basal ganglia (p=1.8x10-06). These genes are significantly enriched for associations with anthropometric phenotypes in the UK BioBank, as well as multiple psychiatric, addiction, and appetite/satiety pathways. Our results support a model of AN risk influenced by both metabolic and psychiatric factors.

Eating disorders and substance use disorders frequently co-occur. Twin studies reveal shared genetic variance between liabilities to eating disorders and substance use, with the strongest associations between symptoms of bulimia nervosa (BN) and problem alcohol use (genetic correlation [rg], twin-based=0.23-0.53). We estimated the genetic correlation between eating disorder and substance use and disorder phenotypes using data from genome-wide association studies (GWAS). Four eating disorder phenotypes (anorexia nervosa [AN], AN with binge-eating, AN without binge-eating, and a BN factor score), and eight substance-use-related phenotypes (drinks per week, alcohol use disorder [AUD], smoking initiation, current smoking, cigarettes per day, nicotine dependence, cannabis initiation, and cannabis use disorder) from eight studies were included. Significant genetic correlations were adjusted for variants associated with major depressive disorder (MDD). Total sample sizes per phenotype ranged from ~2,400 to ~537,000 individuals. We used linkage disequilibrium score regression to calculate single nucleotide polymorphism-based genetic correlations between eating disorder and substance-use-related phenotypes. Significant positive genetic associations emerged between AUD and AN (rg=0.18; false discovery rate q=0.0006), cannabis initiation and AN (rg=0.23; q<0.0001), and cannabis initiation and AN with binge-eating (rg=0.27; q=0.0016). Conversely, significant negative genetic correlations were observed between three non-diagnostic smoking phenotypes (smoking initiation, current smoking, and cigarettes per day) and AN without binge-eating (rgs=-0.19 to -0.23; qs<0.04). The genetic correlation between AUD and AN was no longer significant after co-varying for MDD loci. The patterns of association between eating disorder- and substance-use-related phenotypes highlights the potentially complex and substance-specific relationships between these behaviors.

Abstract This study represents the first large-scale investigation of rare (<1% population frequency) copy number variants (CNVs) in anorexia nervosa (AN). Large, rare CNVs are reported to be causally associated with anthropometric traits, neurodevelopmental disorders, and schizophrenia, yet their role in the genetic basis of AN is unclear. Using genome-wide association study (GWAS) array data from the Anorexia Nervosa Genetics Initiative (ANGI), which included 7414 AN case and 5044 controls, we investigated the association of 67 well-established syndromic CNVs and 178 pleiotropic disease-risk dosage-sensitive CNVs with AN. To identify novel CNV regions (CNVRs) that increase the risk of AN, we conducted genome-wide association studies with a focus on rare CNV-breakpoints (CNV-GWAS). We found no net enrichment of rare CNVs, either deletions or duplications, in AN, and none of the well-established syndromic or pleiotropic CNVs had a significant association with AN status. However, the CNV-GWAS found 21 nominally associated CNVRs that contribute to AN risk, covering protein-coding genes implicated in synaptic function, metabolic/mitochondrial factors, and lipid characteristics, like the CD36 (7q21.11) gene, which transports long-chain fatty acids into cells. CNVRs intersecting genes previously related to neurodevelopmental traits include deletions of NRXN1 intron 5 (2p16.3), IMMP2L (7q31.1), and PTPRD (9p23). Overall, given that our study is well powered to detect the CNV burden level reported for schizophrenia, we can conclude that rare CNVs have a limited role in the etiology of AN, as reported for bipolar disorder. Our nominal associations for the 21 discovered CNVRs are consistent with AN being a metabo-psychiatric trait, as demonstrated by the common genetic architecture of AN, and we provide association results to allow for replication in future research.

Recent large-scale studies have identified multiple genetic risk factors for mental illness and indicate a complex, polygenic, and pleiotropic genetic architecture for neuropsychiatric disease. However, little is known about how genetic variants yield brain dysfunction or pathology. We use transcriptomic profiling as an unbiased, quantitative readout of molecular phenotypes across 5 major psychiatric disorders, including autism (ASD), schizophrenia (SCZ), bipolar disorder (BD), depression (MDD), and alcoholism (AAD), compared with carefully matched controls. We identify a clear pattern of shared and distinct gene-expression perturbations across these conditions, identifying neuronal gene co-expression modules downregulated across ASD, SCZ, and BD, and astrocyte related modules most prominently upregulated in ASD and SCZ. Remarkably, the degree of sharing of transcriptional dysregulation was strongly related to polygenic (SNP-based) overlap across disorders, indicating a significant genetic component. These findings provide a systems-level view of the neurobiological architecture of major neuropsychiatric illness and demonstrate pathways of molecular convergence and specificity.

Background: Genetic factors contribute to anorexia nervosa (AN); and the first genome-wide significant locus has been identified. We describe methods and procedures for the Anorexia Nervosa Genetics Initiative (ANGI), an international collaboration designed to rapidly recruit 13,000 individuals with AN as well as ancestrally matched controls. We present sample characteristics and the utility of an online eating disorder diagnostic questionnaire suitable for large-scale genetic and population research. Methods: ANGI recruited from the United States (US), Australia/New Zealand (ANZ), Sweden (SE), and Denmark (DK). Recruitment was via national registers (SE, DK); treatment centers (US, ANZ, SE, DK); and social and traditional media (US, ANZ, SE). All cases had a lifetime AN diagnosis based on DSM-IV or ICD-10 criteria (excluding amenorrhea). Recruited controls had no lifetime history of disordered eating behaviors. To assess the positive and negative predictive validity of the online eating disorder questionnaire (ED100K-v1), 109 women also completed the Structured Clinical Interview for DSM-IV (SCID), Module H. Results: Blood samples and clinical information were collected from 13,364 individuals with lifetime AN and from controls. Online diagnostic phenotyping was effective and efficient; the validity of the questionnaire was acceptable. Conclusions: Our multi-pronged recruitment approach was highly effective for rapid recruitment and can be used as a model for efforts by other groups. High online presence of individuals with AN rendered the Internet/social media a remarkably effective recruitment tool in some countries. ANGI has substantially augmented Psychiatric Genomics Consortium AN sample collection. ANGI is a registered clinical trial: clinicaltrials.gov NCT01916538; https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01916538?cond=Anorexia+Nervosa&draw=1&rank=3.

We apply transcriptome-wide RNA sequencing in postmortem autism spectrum disorder (ASD) brain and controls and identify convergent alterations in the noncoding transcriptome, including primate specific lncRNA, and transcript splicing in ASD cerebral cortex, but not cerebellum. We characterize an attenuation of patterning between frontal and temporal cortex in ASD and identify SOX5, a transcription factor involved in cortical neuron fate specification, as a likely driver of this pattern. We further show that a genetically defined subtype of ASD, Duplication 15q Syndrome, shares the core transcriptomic signature of idiopathic ASD, indicating that observed molecular convergence in autism brain is the likely consequence of manifold genetic alterations. Using co-expression network analysis, we show that diverse forms of genetic risk for ASD affect convergent, independently replicated, biological pathways and provide an unprecedented resource for understanding the molecular alterations associated with ASD in humans.