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.

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.

Summary While the number of genome sequences continues to increase, the functions of many detected gene variants remain to be identified. These variants of uncertain significance constitute a major barrier to precision medicine 1–3 . Although many computational methods have been developed to predict the function of these variants, they all rely on individual gene features and do not consider complex molecular relationships. Here we develop PathoGN, a molecular network-based approach for predicting variant pathogenicity. PathoGN significantly outperforms existing methods using benchmark datasets. Moreover, PathoGN successfully predicts the pathogenicity of 3,994 variants of uncertain significance in the real-world database ClinVar and designates potential pathogenicity. This is the first computational method for the clinical interpretation of variants using biomolecular networks, and we anticipate our method to be broadly useful for the clinical interpretation of variants and for assigning biological function to unknown variants at the genomic scale.

The etiology of pancreatic cancer remains largely unknown. Here, we report the results of a meta-analysis of three genome-wide association studies (GWASs) comprising 2,039 pancreatic cancer cases and 32,592 controls, the largest sample size in the Japanese population. We identified 3 (13q12.2, 13q22.1, and 16p12.3) genome-wide significant loci (P<5.0×10-8) and 4 suggestive loci (P<1.0×10-6) for pancreatic cancer. Of these risk loci, 16p12.3 is novel; the lead SNP maps to rs78193826 (odds ratio (OR)=1.46, 95% CI=1.29-1.66, P=4.28×10-9), an Asian-specific, nonsynonymous glycoprotein 2 (GP2) gene variant predicted to be highly deleterious. Additionally, the gene-based GWAS identified a novel gene, KRT8, which is linked to exocrine pancreatic and liver diseases. The identified GP2 gene variants were pleiotropic for multiple traits, including type 2 diabetes, hemoglobin A1c (HbA1c) levels, and pancreatic cancer. Mendelian randomization analyses corroborated causality between HbA1c and pancreatic cancer. These findings suggest that GP2 gene variants are associated with pancreatic cancer susceptibility in the Japanese population, prompting further functional characterization of this locus.

The overwhelming majority of participants in current genetic studies are of European ancestry, limiting our genetic understanding of complex disease in non-European populations. To address this, we aimed to elucidate polygenic disease biology in the East Asian population by conducting a genome-wide association study (GWAS) with 212,453 Japanese individuals across 42 diseases. We detected 383 independent signals in 331 loci for 30 diseases, among which 45 loci were novel (P < 5 x 10-8). Compared with known variants, novel variants have lower frequency in European populations but comparable frequency in East Asian populations, suggesting the advantage of this study in discovering these novel variants. Three novel signals were in linkage disequilibrium (r2 > 0.6) with missense variants which are monomorphic in European populations (1000 Genomes Project) including rs11235604 (p.R220W of ATG16L2, a autophagy-related gene) associated with coronary artery disease. We further investigated enrichment of heritability within 2,868 annotations of genome-wide transcription factor occupancy, and identified 378 significant enrichments across nine diseases (FDR < 0.05) (e.g. NF-κB for immune-related diseases). This large-scale GWAS in a Japanese population provides insights into the etiology of common complex diseases and highlights the importance of performing GWAS in non-European populations.

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.

Human genetics seeks a way to improve human health on a global scale. Expectations are running high for polygenic risk scores (PRSs) to be translated into clinical practice to predict an inborn susceptibility to health risks. While risk stratification based on PRS is one way to promote population health, a strategy to utilize genetics to prioritize modifiable risk factors and biomarkers driving heath outcome is also warranted. To this end, here we utilized PRSs to comprehensively investigate the association of the genetic susceptibility to complex traits with human lifespan in collaboration with three worldwide biobanks (ntotal = 675,898). First, we conducted genome-wide association studies for 45 quantitative clinical phenotypes, constructed the individual PRSs, and associated them with the age at death of 179,066 participants in BioBank Japan. The PRSs revealed that the genetic susceptibility of high systolic blood pressure (sBP) was strongly associated with a shorter lifespan (hazard ratio [HR] = 1.03, P = 1.4×10-7). Next, we sought to replicate these associations in individuals of European ancestry in UK Biobank (n = 361,194) and the FinnGen cohort (n = 135,638). Among the investigated traits, the individuals with higher blood pressure-related PRSs were trans-ethnically associated with a shorter lifespan (HR = 1.03, Pmeta = 3.9×10-13 for sBP) and parental lifespan (HR = 1.06, PUKBB = 2.0×10-86 for sBP). Further, our trans-biobank study identified additional complex traits associated with lifespan (e.g., obesity, height, serum lipids, and platelet counts). Of them, obesity-related traits showed strikingly heterogeneous effects on lifespan between Japanese and European populations (Pheterogeneity = 9.5×10-8 for body mass index). Through trans-ethnic biobank collaboration, we elucidated the novel value of the PRS study in genetics-driven prioritization of risk factors and biomarkers which can be medically intervened to improve population health.