Despite decades of research, the pathophysiology of bipolar disorder (BD) is still not well understood. Structural brain differences have been associated with BD, but results from neuroimaging studies have been inconsistent. To address this, we performed the largest study to date of cortical gray matter thickness and surface area measures from brain magnetic resonance imaging scans of 6503 individuals including 1837 unrelated adults with BD and 2582 unrelated healthy controls for group differences while also examining the effects of commonly prescribed medications, age of illness onset, history of psychosis, mood state, age and sex differences on cortical regions. In BD, cortical gray matter was thinner in frontal, temporal and parietal regions of both brain hemispheres. BD had the strongest effects on left pars opercularis (Cohen’s d=−0.293; P=1.71 × 10−21), left fusiform gyrus (d=−0.288; P=8.25 × 10−21) and left rostral middle frontal cortex (d=−0.276; P=2.99 × 10−19). Longer duration of illness (after accounting for age at the time of scanning) was associated with reduced cortical thickness in frontal, medial parietal and occipital regions. We found that several commonly prescribed medications, including lithium, antiepileptic and antipsychotic treatment showed significant associations with cortical thickness and surface area, even after accounting for patients who received multiple medications. We found evidence of reduced cortical surface area associated with a history of psychosis but no associations with mood state at the time of scanning. Our analysis revealed previously undetected associations and provides an extensive analysis of potential confounding variables in neuroimaging studies of BD.

Considerable uncertainty exists about the defining brain changes associated with bipolar disorder (BD). Understanding and quantifying the sources of uncertainty can help generate novel clinical hypotheses about etiology and assist in the development of biomarkers for indexing disease progression and prognosis. Here we were interested in quantifying case–control differences in intracranial volume (ICV) and each of eight subcortical brain measures: nucleus accumbens, amygdala, caudate, hippocampus, globus pallidus, putamen, thalamus, lateral ventricles. In a large study of 1710 BD patients and 2594 healthy controls, we found consistent volumetric reductions in BD patients for mean hippocampus (Cohen’s d=−0.232; P=3.50 × 10−7) and thalamus (d=−0.148; P=4.27 × 10−3) and enlarged lateral ventricles (d=−0.260; P=3.93 × 10−5) in patients. No significant effect of age at illness onset was detected. Stratifying patients based on clinical subtype (BD type I or type II) revealed that BDI patients had significantly larger lateral ventricles and smaller hippocampus and amygdala than controls. However, when comparing BDI and BDII patients directly, we did not detect any significant differences in brain volume. This likely represents similar etiology between BD subtype classifications. Exploratory analyses revealed significantly larger thalamic volumes in patients taking lithium compared with patients not taking lithium. We detected no significant differences between BDII patients and controls in the largest such comparison to date. Findings in this study should be interpreted with caution and with careful consideration of the limitations inherent to meta-analyzed neuroimaging comparisons.

Importance

 Selecting effective antidepressants for the treatment of major depressive disorder (MDD) is an imprecise practice, with remission rates of about 30% at the initial treatment. 

Objective

 To determine whether pharmacogenomic testing affects antidepressant medication selection and whether such testing leads to better clinical outcomes. 

Design, Setting, and Participants

 A pragmatic, randomized clinical trial that compared treatment guided by pharmacogenomic testing vs usual care. Participants included 676 clinicians and 1944 patients. Participants were enrolled from 22 Department of Veterans Affairs medical centers from July 2017 through February 2021, with follow-up ending November 2021. Eligible patients were those with MDD who were initiating or switching treatment with a single antidepressant. Exclusion criteria included an active substance use disorder, mania, psychosis, or concurrent treatment with a specified list of medications. 

Interventions

 Results from a commercial pharmacogenomic test were given to clinicians in the pharmacogenomic-guided group (n = 966). The comparison group received usual care and access to pharmacogenomic results after 24 weeks (n = 978). 

Main Outcomes and Measures

 The co–primary outcomes were the proportion of prescriptions with a predicted drug-gene interaction written in the 30 days after randomization and remission of depressive symptoms as measured by the Patient Health Questionnaire–9 (PHQ-9) (remission was defined as PHQ-9 ≤ 5). Remission was analyzed as a repeated measure across 24 weeks by blinded raters. 

Results

 Among 1944 patients who were randomized (mean age, 48 years; 491 women [25%]), 1541 (79%) completed the 24-week assessment. The estimated risks for receiving an antidepressant with none, moderate, and substantial drug-gene interactions for the pharmacogenomic-guided group were 59.3%, 30.0%, and 10.7% compared with 25.7%, 54.6%, and 19.7% in the usual care group. The pharmacogenomic-guided group was more likely to receive a medication with a lower potential drug-gene interaction for no drug-gene vs moderate/substantial interaction (odds ratio [OR], 4.32 [95% CI, 3.47 to 5.39];P < .001) and no/moderate vs substantial interaction (OR, 2.08 [95% CI, 1.52 to 2.84];P = .005) (P < .001 for overall comparison). Remission rates over 24 weeks were higher among patients whose care was guided by pharmacogenomic testing than those in usual care (OR, 1.28 [95% CI, 1.05 to 1.57];P = .02; risk difference, 2.8% [95% CI, 0.6% to 5.1%]) but were not significantly higher at week 24 when 130 patients in the pharmacogenomic-guided group and 126 patients in the usual care group were in remission (estimated risk difference, 1.5% [95% CI, −2.4% to 5.3%];P = .45). 

Conclusions and Relevance

 Among patients with MDD, provision of pharmacogenomic testing for drug-gene interactions reduced prescription of medications with predicted drug-gene interactions compared with usual care. Provision of test results had small nonpersistent effects on symptom remission. 

Trial Registration

 ClinicalTrials.gov Identifier:NCT03170362

Abstract Current evidence from case/control studies indicates that genetic risk for psychiatric disorders derives primarily from numerous common variants, each with a small phenotypic impact. The literature describing apparent segregation of bipolar disorder (BP) in numerous multigenerational pedigrees suggests that, in such families, large-effect inherited variants might play a greater role. To evaluate this hypothesis, we conducted genetic analyses in 26 Colombian (CO) and Costa Rican (CR) pedigrees ascertained for BP1, the most severe and heritable form of BP. In these pedigrees, we performed microarray SNP genotyping of 856 individuals and high-coverage whole-genome sequencing of 454 individuals. Compared to their unaffected relatives, BP1 individuals had higher polygenic risk scores estimated from SNPs associated with BP discovered in independent genome-wide association studies, and also displayed a higher burden of rare deleterious single nucleotide variants (SNVs) and rare copy number variants (CNVs) in genes likely to be relevant to BP1. Parametric and non-parametric linkage analyses identified 15 BP1 linkage peaks, encompassing about 100 genes, although we observed no significant segregation pattern for any particular rare SNVs and CNVs. These results suggest that even in extended pedigrees, genetic risk for BP appears to derive mainly from small to moderate effect rare and common variants.

By analyzing multi-tissue gene expression and genome-wide genetic variation data in samples from a vervet monkey pedigree, we generated a transcriptome resource and produced the first catalogue of expression quantitative trait loci (eQTLs) in a non-human primate model. This catalogue contains more genome-wide significant eQTLs, per sample, than comparable human resources, and reveals sex and age-related expression patterns. Findings include a master regulatory locus that likely plays a role in immune function, and a locus regulating hippocampal long non-coding RNAs (lncRNAs), whose expression correlates with hippocampal volume. This resource will facilitate genetic investigation of quantitative traits, including brain and behavioral phenotypes relevant to neuropsychiatric disorders.

Most population isolates examined to date were founded from a single ancestral population. Consequently, there is limited knowledge about the demographic history of admixed population isolates. Here we investigate genomic diversity of recently admixed population isolates from Costa Rica and Colombia and compare their diversity to a benchmark population isolate, the Finnish. These Latin American isolates originated during the 16th century from admixture between a few hundred European males and Amerindian females, with a limited contribution from African founders. We examine whole genome sequence data from 449 individuals, ascertained as families to build mutigenerational pedigrees, with a mean sequencing depth of coverage of approximately 24X. We find that Latin American isolates have increased genetic diversity relative to the Finnish. However, there is an increase in the amount of identity by descent (IBD) segments in the Latin American isolates relative to the Finnish. The increase in IBD segments is likely a consequence of a very recent and severe population bottleneck during the founding of the admixed population isolates. Furthermore, the proportion of the genome that falls within a long run of homozygosity (ROH) in Costa Rican and Colombian individuals was significantly greater than that in the Finnish, suggesting more recent consanguinity in the Latin American isolates relative to that seen in the Finnish. Lastly, we found that recent consanguinity increased the number of deleterious variants found in the homozygous state, which is relevant if deleterious variants are recessive. Our study suggests there is no single genetic signature of a population isolate.