Current genome-wide association studies do not yet capture sufficient diversity in populations and scope of phenotypes. To expand an atlas of genetic associations in non-European populations, we conducted 220 deep-phenotype genome-wide association studies (diseases, biomarkers and medication usage) in BioBank Japan (n = 179,000), by incorporating past medical history and text-mining of electronic medical records. Meta-analyses with the UK Biobank and FinnGen (ntotal = 628,000) identified ~5,000 new loci, which improved the resolution of the genomic map of human traits. This atlas elucidated the landscape of pleiotropy as represented by the major histocompatibility complex locus, where we conducted HLA fine-mapping. Finally, we performed statistical decomposition of matrices of phenome-wide summary statistics, and identified latent genetic components, which pinpointed responsible variants and biological mechanisms underlying current disease classifications across populations. The decomposed components enabled genetically informed subtyping of similar diseases (for example, allergic diseases). Our study suggests a potential avenue for hypothesis-free re-investigation of human diseases through genetics. Genome-wide analyses in BioBank Japan, UK Biobank and FinnGen identify ~5,000 new loci associated with 220 human traits. Statistical decomposition of matrices of phenome-wide summary statistics further highlights variants underpinning diseases across populations.

The existence of tumor-suppressor genes was originally demonstrated by functional complementation through whole-cell and microcell fusion1,2. Transfer of chromosome 11 into a human non-small-cell lung cancer (NSCLC) cell line, A549, suppresses tumorigenicity3. Loss of heterozygosity (LOH) on the long arm of chromosome 11 has been reported in NSCLC and other cancers4,5,6. Several independent studies indicate that multiple tumor-suppressor genes are found in this region, including the gene PPP2R1B at 11q23–24 (ref. 7). Linkage studies of NSCLC are precluded because no hereditary forms are known8,9. We previously identified a region of 700 kb on 11q23.2 that completely suppresses tumorigenicity of A549 human NSCLC cells10. Most of this tumor-suppressor activity localizes to a 100-kb segment by functional complementation. Here we report that this region contains a single confirmed gene, TSLC1, whose expression is reduced or absent in A549 and several other NSCLC, hepatocellular carcinoma (HCC) and pancreatic cancer (PaC) cell lines. TSLC1 expression or suppression is correlated with promoter methylation state in these cell lines. Restoration of TSLC1 expression to normal or higher levels suppresses tumor formation by A549 cells in nude mice. Only 2 inactivating mutations of TSLC1 were discovered in 161 tumors and tumor cell lines, both among the 20 primary tumors with LOH for 11q23.2. Promoter methylation was observed in 15 of the other 18 primary NSCLC, HCC and PaC tumors with LOH for 11q23.2. Thus, attenuation of TSLC1 expression occurred in 85% of primary tumors with LOH. Hypermethylation of the TSLC1 promoter would seem to represent the 'second hit' in NSCLC with LOH.

The overwhelming majority of participants in current genetic studies are of European ancestry. To elucidate disease biology in the East Asian population, we conducted a genome-wide association study (GWAS) with 212,453 Japanese individuals across 42 diseases. We detected 320 independent signals in 276 loci for 27 diseases, with 25 novel loci (P < 9.58 × 10−9). East Asian–specific missense variants were identified as candidate causal variants for three novel loci, and we successfully replicated two of them by analyzing independent Japanese cohorts; p.R220W of ATG16L2 (associated with coronary artery disease) and p.V326A of POT1 (associated with lung cancer). We further investigated enrichment of heritability within 2,868 annotations of genome-wide transcription factor occupancy, and identified 378 significant enrichments across nine diseases (false discovery rate < 0.05) (for example, NKX3-1 for prostate cancer). This large-scale GWAS in a Japanese population provides insights into the etiology of complex diseases and highlights the importance of performing GWAS in non-European populations. Genome-wide analysis in 212,453 Japanese individuals identifies loci associated with 42 diseases. Comparative analysis with European populations identifies East Asian–specific associations.

Mosaic loss of chromosome Y (LOY) in circulating white blood cells is the most common form of clonal mosaicism1–5, yet our knowledge of the causes and consequences of this is limited. Here, using a computational approach, we estimate that 20% of the male population represented in the UK Biobank study (n = 205,011) has detectable LOY. We identify 156 autosomal genetic determinants of LOY, which we replicate in 757,114 men of European and Japanese ancestry. These loci highlight genes that are involved in cell-cycle regulation and cancer susceptibility, as well as somatic drivers of tumour growth and targets of cancer therapy. We demonstrate that genetic susceptibility to LOY is associated with non-haematological effects on health in both men and women, which supports the hypothesis that clonal haematopoiesis is a biomarker of genomic instability in other tissues. Single-cell RNA sequencing identifies dysregulated expression of autosomal genes in leukocytes with LOY and provides insights into why clonal expansion of these cells may occur. Collectively, these data highlight the value of studying clonal mosaicism to uncover fundamental mechanisms that underlie cancer and other ageing-related diseases. A genome-wide association study of mosaic loss of chromosome Y (LOY) in UK Biobank participants identifies 156 genetic determinants of LOY, showing that LOY is associated with cancer and non-haematological health outcomes.

Abstract Mosaic loss of chromosome Y (LOY) in circulating white blood cells is the most common form of clonal mosaicism, yet our knowledge of the causes and consequences of this is limited. Using a newly developed approach, we estimate that 20% of the UK Biobank male population (N=205,011) has detectable LOY. We identify 156 autosomal genetic determinants of LOY, which we replicate in 757,114 men of European and Japanese ancestry. These loci highlight genes involved in cell-cycle regulation, cancer susceptibility, somatic drivers of tumour growth and cancer therapy targets. Genetic susceptibility to LOY is associated with non-haematological health outcomes in both men and women, supporting the hypothesis that clonal haematopoiesis is a biomarker of genome instability in other tissues. Single-cell RNA sequencing identifies dysregulated autosomal gene expression in leukocytes with LOY, providing insights into how LOY may confer cellular growth advantage. Collectively, these data highlight the utility of studying clonal mosaicism to uncover fundamental mechanisms underlying cancer and other ageing-related diseases.

ABSTRACT The genome of human herpesvirus 6 (HHV-6) is integrated within the nuclear genome of about 1% of humans, but how this came about is not clear. HHV-6 integrates into telomeres, and this has recently been associated with polymorphisms affecting MOV10L1 . MOV10L1 is located on the subtelomere of chromosome 22q (chr22q) and is required to make PIWI-interacting RNAs (piRNAs). piRNAs block integration of transposons in the germline, so piRNA-mediated repression of HHV-6 integration has been suspected. Whether integrated HHV-6 can reactive into an infectious virus is also uncertain. In vitro , recombination of the viral genome along its terminal direct repeats (DRs) leads to excision from the telomere and viral reactivation, but the expected single DR “scar” has not been described in vivo . We analyzed whole-genome sequencing (WGS) data from 13,040 subjects, including 7,485 from Japan. We found an association between integrated HHV-6 and polymorphisms on chr22q in Japanese subjects. However, association with the reported MOV10L1 polymorphism was driven by physical linkage to a single ancient endogenous HHV-6A variant integrated into the telomere of chr22q in East Asians. We resolved the junction of the human chromosome with this viral genome using long read sequencing. Unexpectedly, an HHV-6B variant has also endogenized in chr22q; two endogenous HHV-6 variants at this locus thus account for 72% of all integrated HHV-6 in Japan. We also report human genomes carrying only one portion of the HHV-6B genome, a single DR, supporting in vivo excision and viral reactivation. Using WGS data from North American families, we show that the incidence of HHV-6 integration into the germline is lower than its prevalence, and that integrated HHV-6 is not associated with the reported variant in MOV10L1 . Together these results explain the recently reported association between integrated HHV-6 and MOV10L1/ piRNAs, suggest exaptation of HHV-6 in its coevolution with human chr22q, and clarify the evolution and risk of reactivation of the only intact non-retroviral genome known to be present in human germlines. SIGNIFICANCE STATEMENT Human herpesvirus 6 (HHV-6) infects most people during childhood, usually only causing fever and rash. Reactivation of HHV-6 has been linked to a number of neurological diseases including encephalitis, Alzheimer’s disease and multiple sclerosis. However, about 1% of people are born with the HHV-6 genome present within their genome, included in the end “cap” of one of their 46 chromosomes. Little is known about how and when HHV-6 genomes entered human genomes, whether or not they still do, and whether or not this poses risk for virus reactivation. We looked for HHV-6 in genome sequences from over 13,000 people. Most HHV-6 variants present in human genomes have been co-evolving with human chromosomes for many generations, and new integration events are rare. Surprisingly, in almost three fourths of Japanese people with HHV-6 in their genome, HHV-6 integrated in the same end of the same chromosome – 22q. Persistence of the HHV-6 genome within the short “cap” that preserves the end of chromosome 22q suggests that the integrated viral sequence may have taken on a useful function for this chromosome. We also found that some human genomes harbor only one part of the HHV-6 genome. This part is the same part that remains after experimental viral reactivation, during which most of the virus is cut out of the genome. This warrants assessment of the risk that integration of HHV-6 into inherited human genomes is not irreversible, and possibly leads to production of infectious virus.

Abstract A major challenge of genome-wide association studies (GWAS) is to translate phenotypic associations into biological insights. Here, we integrate a large GWAS on blood lipids involving 1.6 million individuals from five ancestries with a wide array of functional genomic datasets to discover regulatory mechanisms underlying lipid associations. We first prioritize lipid-associated genes with expression quantitative trait locus (eQTL) colocalizations, and then add chromatin interaction data to narrow the search for functional genes. Polygenic enrichment analysis across 697 annotations from a host of tissues and cell types confirms the central role of the liver in lipid levels, and highlights the selective enrichment of adipose-specific chromatin marks in high-density lipoprotein cholesterol and triglycerides. Overlapping transcription factor (TF) binding sites with lipid-associated loci identifies TFs relevant in lipid biology. In addition, we present an integrative framework to prioritize causal variants at GWAS loci, producing a comprehensive list of candidate causal genes and variants with multiple layers of functional evidence. Two prioritized genes, CREBRF and RRBP1 , show convergent evidence across functional datasets supporting their roles in lipid biology.

Abstract Implicated in the development of hematological malignancies (HM) and cardiovascular mortality, clonal hematopoiesis (CH) in apparently healthy individuals has been investigated by detecting either single-nucleotide variants and indels (SNVs/indels) or copy number alterations (CNAs), but not both. Here by combining targeted sequencing of 23 CH-related genes and array-based CNA detection of blood-derived DNA, we have delineated the landscape of CH-related SNVs/indels and CNAs in a general population of 11,234 individuals, including 672 with subsequent HM development. Both CH-related lesions significantly co-occurred, which combined, affected blood count, hypertension, and the mortality from HM and cardiovascular diseases depending on the total number of both lesions, highlighting the importance of detecting both lesions in the evaluation of CH.

Background & Aims: Colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancers in Western countries and Japan. Currently, a few % of CRCs can be attributed to recognizable hereditary germline variants of known CRC susceptibility genes, predominantly the DNA mismatch repair genes. To establish a universal screening strategy for hereditary CRCs, it is necessary to explore the prevalence of hereditary CRC and pathogenic variants of multiple cancer-predisposing genes in non-European populations. Methods: We analyzed the coding regions of 27 cancer-predisposing genes, including mismatch repair genes, APC , and BRCA1/2 , in 12,503 unselected Japanese CRC patients and 23,705 controls aged ≥ 60 years without any personal or family history of cancer by target sequencing and genome-wide SNP chip data. Their clinical significance was assessed using ClinVar and the guidelines by the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology (ACMG/AMP). Results: We identified 4,804 variants in the 27 genes and annotated them as 397 pathogenic variants, 941 benign variants, and 3,466 variants of uncertain significance, of which 43.6% were registered in neither ClinVar nor dbSNP. In total, 3.3% of the unselected CRC patients and 1.5% of the controls had a pathogenic variant of the 27 genes. The pathogenic variants of MSH2 (odds ratio (OR) =18.1), MLH1 (OR=8.6), MSH6 (OR=4.9), APC (OR=49.4), BRIP1 (OR=3.6), BRCA1 (OR=2.6), BRCA2 (OR=1.9), and TP53 (OR=1.7) were significantly associated with CRC development in the Japanese population (P-values < 0.01, FDR<0.05). Furthermore, we confirmed copy number variants (CNVs) of MSH2/EPCAM , MLH1 , and APC by multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) and quantitative PCR in this cohort (n = 23), including whole gene duplications of MSH2 and APC . These pathogenic variants were significantly associated with the diagnostic age and personal/family history of other types of cancer. In total, at least 3.5% of the Japanese CRC population had a pathogenic variant or CNV of the 27 cancer-predisposing genes. Conclusions: This is the largest study of CRC heredity in the Asian population and would contribute to the development of guidelines for genetic testing and variant interpretation for heritable CRCs. Universal screening for CRC risk should be assessed in multiple genes, including BRCA1/2 and BRIP1 . These data would facilitate risk assessment of cancer and optimize the screening strategy.