Abstract Identifying genetic variants associated with circulating protein concentrations (protein quantitative trait loci; pQTLs) and integrating them with variants from genome-wide association studies (GWAS) may illuminate the proteome’s causal role in disease and bridge a knowledge gap regarding SNP-disease associations. We provide the results of GWAS of 71 high-value cardiovascular disease proteins in 6861 Framingham Heart Study participants and independent external replication. We report the mapping of over 16,000 pQTL variants and their functional relevance. We provide an integrated plasma protein-QTL database. Thirteen proteins harbor pQTL variants that match coronary disease-risk variants from GWAS or test causal for coronary disease by Mendelian randomization. Eight of these proteins predict new-onset cardiovascular disease events in Framingham participants. We demonstrate that identifying pQTLs, integrating them with GWAS results, employing Mendelian randomization, and prospectively testing protein-trait associations holds potential for elucidating causal genes, proteins, and pathways for cardiovascular disease and may identify targets for its prevention and treatment.

The link between DNA methylation, obesity, and adiposity-related diseases in the general population remains uncertain.We conducted an association study of body mass index (BMI) and differential methylation for over 400,000 CpGs assayed by microarray in whole-blood-derived DNA from 3,743 participants in the Framingham Heart Study and the Lothian Birth Cohorts, with independent replication in three external cohorts of 4,055 participants. We examined variations in whole blood gene expression and conducted Mendelian randomization analyses to investigate the functional and clinical relevance of the findings. We identified novel and previously reported BMI-related differential methylation at 83 CpGs that replicated across cohorts; BMI-related differential methylation was associated with concurrent changes in the expression of genes in lipid metabolism pathways. Genetic instrumental variable analysis of alterations in methylation at one of the 83 replicated CpGs, cg11024682 (intronic to sterol regulatory element binding transcription factor 1 [SREBF1]), demonstrated links to BMI, adiposity-related traits, and coronary artery disease. Independent genetic instruments for expression of SREBF1 supported the findings linking methylation to adiposity and cardiometabolic disease. Methylation at a substantial proportion (16 of 83) of the identified loci was found to be secondary to differences in BMI. However, the cross-sectional nature of the data limits definitive causal determination.We present robust associations of BMI with differential DNA methylation at numerous loci in blood cells. BMI-related DNA methylation and gene expression provide mechanistic insights into the relationship between DNA methylation, obesity, and adiposity-related diseases.

Background: DNA methylation patterns associated with habitual diet have not been well studied. Methods: Diet quality was characterized using a Mediterranean-style diet score and the Alternative Healthy Eating Index score. We conducted ethnicity-specific and trans-ethnic epigenome-wide association analyses for diet quality and leukocyte-derived DNA methylation at over 400 000 CpGs (cytosine-guanine dinucleotides) in 5 population-based cohorts including 6662 European ancestry, 2702 African ancestry, and 360 Hispanic ancestry participants. For diet-associated CpGs identified in epigenome-wide analyses, we conducted Mendelian randomization (MR) analysis to examine their relations to cardiovascular disease risk factors and examined their longitudinal associations with all-cause mortality. Results: We identified 30 CpGs associated with either Mediterranean-style diet score or Alternative Healthy Eating Index, or both, in European ancestry participants. Among these CpGs, 12 CpGs were significantly associated with all-cause mortality (Bonferroni corrected P <1.6×10 −3 ). Hypermethylation of cg18181703 ( SOCS3 ) was associated with higher scores of both Mediterranean-style diet score and Alternative Healthy Eating Index and lower risk for all-cause mortality ( P =5.7×10 −15 ). Ten additional diet-associated CpGs were nominally associated with all-cause mortality ( P <0.05). MR analysis revealed 8 putatively causal associations for 6 CpGs with 4 cardiovascular disease risk factors (body mass index, triglycerides, high-density lipoprotein cholesterol concentrations, and type 2 diabetes mellitus; Bonferroni corrected MR P <4.5×10 −4 ). For example, hypermethylation of cg11250194 ( FADS2 ) was associated with lower triglyceride concentrations (MR, P =1.5×10 −14 ).and hypermethylation of cg02079413 ( SNORA54 ; NAP1L4 ) was associated with body mass index (corrected MR, P =1×10 −6 ). Conclusions: Habitual diet quality was associated with differential peripheral leukocyte DNA methylation levels of 30 CpGs, most of which were also associated with multiple health outcomes, in European ancestry individuals. These findings demonstrate that integrative genomic analysis of dietary information may reveal molecular targets for disease prevention and treatment.

DNA methylation (DNAm) has been reported to be associated with many diseases and with mortality. We hypothesized that the integration of DNAm with clinical risk factors would improve mortality prediction. We performed an epigenome-wide association study of whole blood DNAm in relation to mortality in 15 cohorts (n = 15,013). During a mean follow-up of 10 years, there were 4314 deaths from all causes including 1235 cardiovascular disease (CVD) deaths and 868 cancer deaths. Ancestry-stratified meta-analysis of all-cause mortality identified 163 CpGs in European ancestry (EA) and 17 in African ancestry (AA) participants at p < 1 × 10-7 , of which 41 (EA) and 16 (AA) were also associated with CVD death, and 15 (EA) and 9 (AA) with cancer death. We built DNAm-based prediction models for all-cause mortality that predicted mortality risk after adjusting for clinical risk factors. The mortality prediction model trained by integrating DNAm with clinical risk factors showed an improvement in prediction of cancer death with 5% increase in the C-index in a replication cohort, compared with the model including clinical risk factors alone. Mendelian randomization identified 15 putatively causal CpGs in relation to longevity, CVD, or cancer risk. For example, cg06885782 (in KCNQ4) was positively associated with risk for prostate cancer (Beta = 1.2, PMR = 4.1 × 10-4 ) and negatively associated with longevity (Beta = -1.9, PMR = 0.02). Pathway analysis revealed that genes associated with mortality-related CpGs are enriched for immune- and cancer-related pathways. We identified replicable DNAm signatures of mortality and demonstrated the potential utility of CpGs as informative biomarkers for prediction of mortality risk.

Background Life's Essential 8 (LE8) is an enhanced metric for cardiovascular health. The interrelations among LE8, biomarkers of aging, and disease risks are unclear. Methods and Results LE8 score was calculated for 5682 Framingham Heart Study participants. We implemented 4 DNA methylation‐based epigenetic age biomarkers, with older epigenetic age hypothesized to represent faster biological aging, and examined whether these biomarkers mediated the associations between the LE8 score and cardiovascular disease (CVD), CVD‐specific mortality, and all‐cause mortality. We found that a 1 SD increase in the LE8 score was associated with a 35% (95% CI, 27–41; P =1.8E‐15) lower risk of incident CVD, a 36% (95% CI, 24–47; P =7E‐7) lower risk of CVD‐specific mortality, and a 29% (95% CI, 22–35; P =7E‐15) lower risk of all‐cause mortality. These associations were partly mediated by epigenetic age biomarkers, particularly the GrimAge and the DunedinPACE scores. The potential mediation effects by epigenetic age biomarkers tended to be more profound in participants with higher genetic risk for older epigenetic age, compared with those with lower genetic risk. For example, in participants with higher GrimAge polygenic scores (greater than median), the mean proportion of mediation was 39%, 39%, and 78% for the association of the LE8 score with incident CVD, CVD‐specific mortality, and all‐cause mortality, respectively. No significant mediation was observed in participants with lower GrimAge polygenic score. Conclusions DNA methylation‐based epigenetic age scores mediate the associations between the LE8 score and incident CVD, CVD‐specific mortality, and all‐cause mortality, particularly in individuals with higher genetic predisposition for older epigenetic age.

BACKGROUND: The Dietary Approaches to Stop Hypertension (DASH) diet score lowers blood pressure (BP). We examined interactions between genotype and the DASH diet score in relation to systolic BP. METHODS: We analyzed up to 9 420 585 single nucleotide polymorphisms in up to 127 282 individuals of 6 population groups (91% of European population) from the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology consortium (n=35 660) and UK Biobank (n=91 622) and performed European population-specific and cross-population meta-analyses. RESULTS: We identified 3 loci in European-specific analyses and an additional 4 loci in cross-population analyses at P interaction <5e−8. We observed a consistent interaction between rs117878928 at 15q25.1 (minor allele frequency, 0.03) and the DASH diet score ( P interaction =4e−8; P for heterogeneity, 0.35) in European population, where the interaction effect size was 0.42±0.09 mm Hg ( P interaction =9.4e−7) and 0.20±0.06 mm Hg ( P interaction =0.001) in Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology and the UK Biobank, respectively. The 1 Mb region surrounding rs117878928 was enriched with cis-expression quantitative trait loci (eQTL) variants ( P =4e−273) and cis-DNA methylation quantitative trait loci variants ( P =1e−300). Although the closest gene for rs117878928 is MTHFS , the highest narrow sense heritability accounted by single nucleotide polymorphisms potentially interacting with the DASH diet score in this locus was for gene ST20 at 15q25.1. CONCLUSIONS: We demonstrated gene-DASH diet score interaction effects on systolic BP in several loci. Studies with larger diverse populations are needed to validate our findings.

Abstract The relationship between alcohol consumption, circulating proteins, and cardiovascular disease (CVD) risk has not been well studied. We performed association analyses of alcohol consumption with three CVD risk factors and 71 CVD-related circulating proteins measured in 6,745 Framingham Heart Study participants (mean age, 49 years; 53% women). We found that an increase in alcohol consumption was associated with a higher risk of incident hypertension (P=7.2E-3) but a lower risk of incident obesity (P=5.7E-4) and type 2 diabetes (P=1.4E-5) in a 14-year of follow-up. Using independent discovery (n=4,348) and validation (n=2,397) samples, we identified 20 alcohol-associated proteins (FDR<0.05 in discovery and P<0.05/n in validation), with majority (18 of 20 proteins) inversely associated with alcohol consumption. The alcohol-protein associations remained similar after removing heavy drinkers. Four proteins demonstrated consistent triangular relationships, as expected, with alcohol consumption and CVD risk factors. For example, a greater level of APOA1, which was associated with a higher alcohol consumption (P=1.2E-65), was associated with a lower risk of type 2 diabetes (P=3.1E-5). However, several others showed inconsistent triangular relationships, e.g., a greater level of GDF15, which was associated with a lower alcohol consumption (P=1.0E-13), was associated with an increased risk of hypertension (P=2.4E-4). In conclusion, we identified 20 alcohol-associated proteins and demonstrated complex relationships between alcohol consumption, circulating proteins and CVD risk factors. Future studies with integration of more proteomic markers and larger sample size are warranted to unravel the complex relationship between alcohol consumption and CVD risk.

Nearly 100 loci have been identified for pulmonary function, almost exclusively in studies of European ancestry populations. We extend previous research by meta-analyzing genome-wide association studies of 1000 Genomes imputed variants in relation to pulmonary function in a multiethnic population of 90,715 individuals of European (N=60,552), African (N=8,429), Asian (N=9,959), and Hispanic/Latino (N=11,775) ethnicities. We identified over 50 novel loci at genome-wide significance in ancestry-specific and/or multiethnic meta-analyses. Recent fine mapping methods incorporating functional annotation, gene expression, and/or differences in linkage disequilibrium between ethnicities identified potential causal variants and genes at known and newly identified loci. Sixteen of the novel genes encode proteins with predicted or established drug targets, including KCNK2 and CDK12.