Through direct cloning of p53 binding sequences from human genomic DNA, we have isolated a novel gene, designated p53AIP1 (p53-regulated Apoptosis-Inducing Protein 1), whose expression is inducible by wild-type p53. Ectopically expressed p53AIP1, which is localized within mitochondria, leads to apoptotic cell death through dissipation of mitochondrial ΔΨm. We have found that upon severe DNA damage, Ser-46 on p53 is phosphorylated and apoptosis is induced. In addition, substitution of Ser-46 inhibits the ability of p53 to induce apoptosis and selectively blocks expression of p53AIP1. Our results suggest that p53AIP1 is likely to play an important role in mediating p53-dependent apoptosis, and phosphorylation of Ser-46 regulates the transcriptional activation of this apoptosis-inducing gene.

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.

Coffin-Lowry Syndrome (CLS) is an X-linked mental retardation condition associated with skeletal abnormalities. The gene mutated in CLS, RSK2, encodes a growth factor-regulated kinase. However, the cellular and molecular bases of the skeletal abnormalities associated with CLS remain unknown. Here, we show that RSK2 is required for osteoblast differentiation and function. We identify the transcription factor ATF4 as a critical substrate of RSK2 that is required for the timely onset of osteoblast differentiation, for terminal differentiation of osteoblasts, and for osteoblast-specific gene expression. Additionally, RSK2 and ATF4 posttranscriptionally regulate the synthesis of Type I collagen, the main constituent of the bone matrix. Accordingly, Atf4-deficiency results in delayed bone formation during embryonic development and low bone mass throughout postnatal life. These findings identify ATF4 as a critical regulator of osteoblast differentiation and function, and indicate that lack of ATF4 phosphorylation by RSK2 may contribute to the skeletal phenotype of CLS.

Abstract

 Histone deacetylases (HDACs) modulate cell growth and differentiation by governing chromatin structure and repressing the activity of specific transcription factors. We showed previously that HDAC9 acts as a negative regulator of cardiomyocyte hypertrophy and skeletal muscle differentiation. Here we report that HDAC4, which is expressed in prehypertrophic chondrocytes, regulates chondrocyte hypertrophy and endochondral bone formation by interacting with and inhibiting the activity of Runx2, a transcription factor necessary for chondrocyte hypertrophy. HDAC4-null mice display premature ossification of developing bones due to ectopic and early onset chondrocyte hypertrophy, mimicking the phenotype that results from constitutive Runx2 expression in chondrocytes. Conversely, overexpression of HDAC4 in proliferating chondrocytes in vivo inhibits chondrocyte hypertrophy and differentiation, mimicking a Runx2 loss-of-function phenotype. These results establish HDAC4 as a central regulator of chondrocyte hypertrophy and skeletogenesis and suggest general roles for class II HDACs in the control of cellular hypertrophy.

Clinical measurements can be viewed as useful intermediate phenotypes to promote understanding of complex human diseases. To acquire comprehensive insights into the underlying genetics, here we conducted a genome-wide association study (GWAS) of 58 quantitative traits in 162,255 Japanese individuals. Overall, we identified 1,407 trait-associated loci (P < 5.0 × 10-8), 679 of which were novel. By incorporating 32 additional GWAS results for complex diseases and traits in Japanese individuals, we further highlighted pleiotropy, genetic correlations, and cell-type specificity across quantitative traits and diseases, which substantially expands the current understanding of the associated genetics and biology. This study identified both shared polygenic effects and cell-type specificity, represented by the genetic links among clinical measurements, complex diseases, and relevant cell types. Our findings demonstrate that even without prior biological knowledge of cross-phenotype relationships, genetics corresponding to clinical measurements successfully recapture those measurements' relevance to diseases, and thus can contribute to the elucidation of unknown etiology and pathogenesis.

In a genome-wide association study to identify loci associated with colorectal cancer (CRC) risk, we genotyped 555,510 SNPs in 1,012 early-onset Scottish CRC cases and 1,012 controls (phase 1). In phase 2, we genotyped the 15,008 highest-ranked SNPs in 2,057 Scottish cases and 2,111 controls. We then genotyped the five highest-ranked SNPs from the joint phase 1 and 2 analysis in 14,500 cases and 13,294 controls from seven populations, and identified a previously unreported association, rs3802842 on 11q23 (OR = 1.1; P = 5.8 × 10−10), showing population differences in risk. We also replicated and fine-mapped associations at 8q24 (rs7014346; OR = 1.19; P = 8.6 × 10−26) and 18q21 (rs4939827; OR = 1.2; P = 7.8 × 10−28). Risk was greater for rectal than for colon cancer for rs3802842 (P < 0.008) and rs4939827 (P < 0.009). Carrying all six possible risk alleles yielded OR = 2.6 (95% CI = 1.75–3.89) for CRC. These findings extend our understanding of the role of common genetic variation in CRC etiology.

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.