Abstract Genetic variants that inactivate protein-coding genes are a powerful source of information about the phenotypic consequences of gene disruption: genes that are crucial for the function of an organism will be depleted of such variants in natural populations, whereas non-essential genes will tolerate their accumulation. However, predicted loss-of-function variants are enriched for annotation errors, and tend to be found at extremely low frequencies, so their analysis requires careful variant annotation and very large sample sizes 1 . Here we describe the aggregation of 125,748 exomes and 15,708 genomes from human sequencing studies into the Genome Aggregation Database (gnomAD). We identify 443,769 high-confidence predicted loss-of-function variants in this cohort after filtering for artefacts caused by sequencing and annotation errors. Using an improved model of human mutation rates, we classify human protein-coding genes along a spectrum that represents tolerance to inactivation, validate this classification using data from model organisms and engineered human cells, and show that it can be used to improve the power of gene discovery for both common and rare diseases.

Structural variants (SVs) rearrange large segments of DNA1 and can have profound consequences in evolution and human disease2,3. As national biobanks, disease-association studies, and clinical genetic testing have grown increasingly reliant on genome sequencing, population references such as the Genome Aggregation Database (gnomAD)4 have become integral in the interpretation of single-nucleotide variants (SNVs)5. However, there are no reference maps of SVs from high-coverage genome sequencing comparable to those for SNVs. Here we present a reference of sequence-resolved SVs constructed from 14,891 genomes across diverse global populations (54% non-European) in gnomAD. We discovered a rich and complex landscape of 433,371 SVs, from which we estimate that SVs are responsible for 25-29% of all rare protein-truncating events per genome. We found strong correlations between natural selection against damaging SNVs and rare SVs that disrupt or duplicate protein-coding sequence, which suggests that genes that are highly intolerant to loss-of-function are also sensitive to increased dosage6. We also uncovered modest selection against noncoding SVs in cis-regulatory elements, although selection against protein-truncating SVs was stronger than all noncoding effects. Finally, we identified very large (over one megabase), rare SVs in 3.9% of samples, and estimate that 0.13% of individuals may carry an SV that meets the existing criteria for clinically important incidental findings7. This SV resource is freely distributed via the gnomAD browser8 and will have broad utility in population genetics, disease-association studies, and diagnostic screening.

BackgroundCrohn's disease and ulcerative colitis are the two major forms of inflammatory bowel disease; treatment strategies have historically been determined by this binary categorisation. Genetic studies have identified 163 susceptibility loci for inflammatory bowel disease, mostly shared between Crohn's disease and ulcerative colitis. We undertook the largest genotype association study, to date, in widely used clinical subphenotypes of inflammatory bowel disease with the goal of further understanding the biological relations between diseases.MethodsThis study included patients from 49 centres in 16 countries in Europe, North America, and Australasia. We applied the Montreal classification system of inflammatory bowel disease subphenotypes to 34 819 patients (19 713 with Crohn's disease, 14 683 with ulcerative colitis) genotyped on the Immunochip array. We tested for genotype–phenotype associations across 156 154 genetic variants. We generated genetic risk scores by combining information from all known inflammatory bowel disease associations to summarise the total load of genetic risk for a particular phenotype. We used these risk scores to test the hypothesis that colonic Crohn's disease, ileal Crohn's disease, and ulcerative colitis are all genetically distinct from each other, and to attempt to identify patients with a mismatch between clinical diagnosis and genetic risk profile.FindingsAfter quality control, the primary analysis included 29 838 patients (16 902 with Crohn's disease, 12 597 with ulcerative colitis). Three loci (NOD2, MHC, and MST1 3p21) were associated with subphenotypes of inflammatory bowel disease, mainly disease location (essentially fixed over time; median follow-up of 10·5 years). Little or no genetic association with disease behaviour (which changed dramatically over time) remained after conditioning on disease location and age at onset. The genetic risk score representing all known risk alleles for inflammatory bowel disease showed strong association with disease subphenotype (p=1·65 × 10−78), even after exclusion of NOD2, MHC, and 3p21 (p=9·23 × 10−18). Predictive models based on the genetic risk score strongly distinguished colonic from ileal Crohn's disease. Our genetic risk score could also identify a small number of patients with discrepant genetic risk profiles who were significantly more likely to have a revised diagnosis after follow-up (p=6·8 × 10−4).InterpretationOur data support a continuum of disorders within inflammatory bowel disease, much better explained by three groups (ileal Crohn's disease, colonic Crohn's disease, and ulcerative colitis) than by Crohn's disease and ulcerative colitis as currently defined. Disease location is an intrinsic aspect of a patient's disease, in part genetically determined, and the major driver to changes in disease behaviour over time.FundingInternational Inflammatory Bowel Disease Genetics Consortium members funding sources (see Acknowledgments for full list).

European Consensus on the Diagnosis and Management of Iron Deficiency and Anaemia in Inflammatory Bowel Diseases

Summary

Background

 Anti-TNF drugs are effective treatments for the management of Crohn's disease but treatment failure is common. We aimed to identify clinical and pharmacokinetic factors that predict primary non-response at week 14 after starting treatment, non-remission at week 54, and adverse events leading to drug withdrawal. 

Methods

 The personalised anti-TNF therapy in Crohn's disease study (PANTS) is a prospective observational UK-wide study. We enrolled anti-TNF-naive patients (aged ≥6 years) with active luminal Crohn's disease at the time of first exposure to infliximab or adalimumab between March 7, 2013, and July 15, 2016. Patients were evaluated for 12 months or until drug withdrawal. Demographic data, smoking status, age at diagnosis, disease duration, location, and behaviour, previous medical and drug history, and previous Crohn's disease-related surgeries were recorded at baseline. At every visit, disease activity score, weight, therapy, and adverse events were recorded; drug and total anti-drug antibody concentrations were also measured. Treatment failure endpoints were primary non-response at week 14, non-remission at week 54, and adverse events leading to drug withdrawal. We used regression analyses to identify which factors were associated with treatment failure. 

Findings

 We enrolled 955 patients treated with infliximab (753 with originator; 202 with biosimilar) and 655 treated with adalimumab. Primary non-response occurred in 295 (23·8%, 95% CI 21·4–26·2) of 1241 patients who were assessable at week 14. Non-remission at week 54 occurred in 764 (63·1%, 60·3–65·8) of 1211 patients who were assessable, and adverse events curtailed treatment in 126 (7·8%, 6·6–9·2) of 1610 patients. In multivariable analysis, the only factor independently associated with primary non-response was low drug concentration at week 14 (infliximab: odds ratio 0·35 [95% CI 0·20–0·62], p=0·00038; adalimumab: 0·13 [0·06–0·28], p<0·0001); the optimal week 14 drug concentrations associated with remission at both week 14 and week 54 were 7 mg/L for infliximab and 12 mg/L for adalimumab. Continuing standard dosing regimens after primary non-response was rarely helpful; only 14 (12·4% [95% CI 6·9–19·9]) of 113 patients entered remission by week 54. Similarly, week 14 drug concentration was also independently associated with non-remission at week 54 (0·29 [0·16–0·52] for infliximab; 0·03 [0·01–0·12] for adalimumab; p<0·0001 for both). The proportion of patients who developed anti-drug antibodies (immunogenicity) was 62·8% (95% CI 59·0–66·3) for infliximab and 28·5% (24·0–32·7) for adalimumab. For both drugs, suboptimal week 14 drug concentrations predicted immunogenicity, and the development of anti-drug antibodies predicted subsequent low drug concentrations. Combination immunomodulator (thiopurine or methotrexate) therapy mitigated the risk of developing anti-drug antibodies (hazard ratio 0·39 [95% CI 0·32–0·46] for infliximab; 0·44 [0·31–0·64] for adalimumab; p<0·0001 for both). For infliximab, multivariable analysis of immunododulator use, and week 14 drug and anti-drug antibody concentrations showed an independent effect of immunomodulator use on week 54 non-remission (odds ratio 0·56 [95% CI 0·38–0·83], p=0·004). 

Interpretation

 Anti-TNF treatment failure is common and is predicted by low drug concentrations, mediated in part by immunogenicity. Clinical trials are required to investigate whether personalised induction regimens and treatment-to-target dose intensification improve outcomes. 

Funding

 Guts UK, Crohn's and Colitis UK, Cure Crohn's Colitis, AbbVie, Merck Sharp and Dohme, Napp Pharmaceuticals, Pfizer, and Celltrion.

Background & AimsIron deficiency anemia (IDA) is common in chronic diseases and intravenous iron is an effective and recommended treatment. However, dose calculations and inconvenient administration may affect compliance and efficacy. We compared the efficacy and safety of a novel fixed-dose ferric carboxymaltose regimen (FCM) with individually calculated iron sucrose (IS) doses in patients with inflammatory bowel disease (IBD) and IDA.MethodsThis randomized, controlled, open-label, multicenter study included 485 patients with IDA (ferritin <100 μg/L, hemoglobin [Hb] 7–12 g/dL [female] or 7–13 g/dL [male]) and mild-to-moderate or quiescent IBD at 88 hospitals and clinics in 14 countries. Patients received either FCM in a maximum of 3 infusions of 1000 or 500 mg iron, or Ganzoni-calculated IS dosages in up to 11 infusions of 200 mg iron. Primary end point was Hb response (Hb increase ≥2 g/dL); secondary end points included anemia resolution and iron status normalization by week 12.ResultsThe results of 240 FCM-treated and 235 IS-treated patients were analyzed. More patients with FCM than IS achieved Hb response (150 [65.8%] vs 118 [53.6%]; 12.2% difference, P = .004) or Hb normalization (166 [72.8%] vs 136 [61.8%]; 11.0% difference, P = .015). Both treatments improved quality of life scores by week 12. Study drugs were well tolerated and drug-related adverse events were in line with drug-specific clinical experience. Deviations from scheduled total iron dosages were more frequent in the IS group.ConclusionsThe simpler FCM-based dosing regimen showed better efficacy and compliance, as well as a good safety profile, compared with the Ganzoni-calculated IS dose regimen. Iron deficiency anemia (IDA) is common in chronic diseases and intravenous iron is an effective and recommended treatment. However, dose calculations and inconvenient administration may affect compliance and efficacy. We compared the efficacy and safety of a novel fixed-dose ferric carboxymaltose regimen (FCM) with individually calculated iron sucrose (IS) doses in patients with inflammatory bowel disease (IBD) and IDA. This randomized, controlled, open-label, multicenter study included 485 patients with IDA (ferritin <100 μg/L, hemoglobin [Hb] 7–12 g/dL [female] or 7–13 g/dL [male]) and mild-to-moderate or quiescent IBD at 88 hospitals and clinics in 14 countries. Patients received either FCM in a maximum of 3 infusions of 1000 or 500 mg iron, or Ganzoni-calculated IS dosages in up to 11 infusions of 200 mg iron. Primary end point was Hb response (Hb increase ≥2 g/dL); secondary end points included anemia resolution and iron status normalization by week 12. The results of 240 FCM-treated and 235 IS-treated patients were analyzed. More patients with FCM than IS achieved Hb response (150 [65.8%] vs 118 [53.6%]; 12.2% difference, P = .004) or Hb normalization (166 [72.8%] vs 136 [61.8%]; 11.0% difference, P = .015). Both treatments improved quality of life scores by week 12. Study drugs were well tolerated and drug-related adverse events were in line with drug-specific clinical experience. Deviations from scheduled total iron dosages were more frequent in the IS group. The simpler FCM-based dosing regimen showed better efficacy and compliance, as well as a good safety profile, compared with the Ganzoni-calculated IS dose regimen.

Background & AimsAnti–tumor necrosis factor (anti-TNF) therapies are the most widely used biologic drugs for treating immune-mediated diseases, but repeated administration can induce the formation of anti-drug antibodies. The ability to identify patients at increased risk for development of anti-drug antibodies would facilitate selection of therapy and use of preventative strategies.MethodsWe performed a genome-wide association study to identify variants associated with time to development of anti-drug antibodies in a discovery cohort of 1240 biologic-naïve patients with Crohn's disease starting infliximab or adalimumab therapy. Immunogenicity was defined as an anti-drug antibody titer ≥10 AU/mL using a drug-tolerant enzyme-linked immunosorbent assay. Significant association signals were confirmed in a replication cohort of 178 patients with inflammatory bowel disease.ResultsThe HLA-DQA1*05 allele, carried by approximately 40% of Europeans, significantly increased the rate of immunogenicity (hazard ratio [HR], 1.90; 95% confidence interval [CI], 1.60–2.25; P = 5.88 × 10–13). The highest rates of immunogenicity, 92% at 1 year, were observed in patients treated with infliximab monotherapy who carried HLA-DQA1*05; conversely the lowest rates of immunogenicity, 10% at 1 year, were observed in patients treated with adalimumab combination therapy who did not carry HLA-DQA1*05. We confirmed this finding in the replication cohort (HR, 2.00; 95% CI, 1.35–2.98; P = 6.60 × 10–4). This association was consistent for patients treated with adalimumab (HR, 1.89; 95% CI, 1.32–2.70) or infliximab (HR, 1.92; 95% CI, 1.57–2.33), and for patients treated with anti-TNF therapy alone (HR, 1.75; 95% CI, 1.37–2.22) or in combination with an immunomodulator (HR, 2.01; 95% CI, 1.57–2.58).ConclusionsIn an observational study, we found a genome-wide significant association between HLA-DQA1*05 and the development of antibodies against anti-TNF agents. A randomized controlled biomarker trial is required to determine whether pretreatment testing for HLA-DQA1*05 improves patient outcomes by helping physicians select anti-TNF and combination therapies. ClinicalTrials.gov ID: NCT03088449. Anti–tumor necrosis factor (anti-TNF) therapies are the most widely used biologic drugs for treating immune-mediated diseases, but repeated administration can induce the formation of anti-drug antibodies. The ability to identify patients at increased risk for development of anti-drug antibodies would facilitate selection of therapy and use of preventative strategies. We performed a genome-wide association study to identify variants associated with time to development of anti-drug antibodies in a discovery cohort of 1240 biologic-naïve patients with Crohn's disease starting infliximab or adalimumab therapy. Immunogenicity was defined as an anti-drug antibody titer ≥10 AU/mL using a drug-tolerant enzyme-linked immunosorbent assay. Significant association signals were confirmed in a replication cohort of 178 patients with inflammatory bowel disease. The HLA-DQA1*05 allele, carried by approximately 40% of Europeans, significantly increased the rate of immunogenicity (hazard ratio [HR], 1.90; 95% confidence interval [CI], 1.60–2.25; P = 5.88 × 10–13). The highest rates of immunogenicity, 92% at 1 year, were observed in patients treated with infliximab monotherapy who carried HLA-DQA1*05; conversely the lowest rates of immunogenicity, 10% at 1 year, were observed in patients treated with adalimumab combination therapy who did not carry HLA-DQA1*05. We confirmed this finding in the replication cohort (HR, 2.00; 95% CI, 1.35–2.98; P = 6.60 × 10–4). This association was consistent for patients treated with adalimumab (HR, 1.89; 95% CI, 1.32–2.70) or infliximab (HR, 1.92; 95% CI, 1.57–2.33), and for patients treated with anti-TNF therapy alone (HR, 1.75; 95% CI, 1.37–2.22) or in combination with an immunomodulator (HR, 2.01; 95% CI, 1.57–2.58). In an observational study, we found a genome-wide significant association between HLA-DQA1*05 and the development of antibodies against anti-TNF agents. A randomized controlled biomarker trial is required to determine whether pretreatment testing for HLA-DQA1*05 improves patient outcomes by helping physicians select anti-TNF and combination therapies. ClinicalTrials.gov ID: NCT03088449.

Interest in the therapeutic potential of faecal microbiota transplant (FMT) has been increasing globally in recent years, particularly as a result of randomised studies in which it has been used as an intervention. The main focus of these studies has been the treatment of recurrent or refractory Clostridium difficile infection (CDI), but there is also an emerging evidence base regarding potential applications in non-CDI settings. The key clinical stakeholders for the provision and governance of FMT services in the UK have tended to be in two major specialty areas: gastroenterology and microbiology/infectious diseases. While the National Institute for Health and Care Excellence (NICE) guidance (2014) for use of FMT for recurrent or refractory CDI has become accepted in the UK, clear evidence-based UK guidelines for FMT have been lacking. This resulted in discussions between the British Society of Gastroenterology (BSG) and Healthcare Infection Society (HIS), and a joint BSG/HIS FMT working group was established. This guideline document is the culmination of that joint dialogue.

Abstract Upstream open reading frames (uORFs) are important tissue-specific cis -regulators of protein translation. Although isolated case reports have shown that variants that create or disrupt uORFs can cause disease, genetic sequencing approaches typically focus on protein-coding regions and ignore these variants. Here, we describe a systematic genome-wide study of variants that create and disrupt human uORFs, and explore their role in human disease using 15,708 whole genome sequences collected by the Genome Aggregation Database (gnomAD) project. We show that 14,897 variants that create new start codons upstream of the canonical coding sequence (CDS), and 2,406 variants disrupting the stop site of existing uORFs, are under strong negative selection. Furthermore, variants creating uORFs that overlap the CDS show signals of selection equivalent to coding loss-of-function variants, and uORF-perturbing variants are under strong selection when arising upstream of known disease genes and genes intolerant to loss-of-function variants. Finally, we identify specific genes where perturbation of uORFs is likely to represent an important disease mechanism, and report a novel uORF frameshift variant upstream of NF2 in families with neurofibromatosis. Our results highlight uORF-perturbing variants as an important and under-recognised functional class that can contribute to penetrant human disease, and demonstrate the power of large-scale population sequencing data to study the deleteriousness of specific classes of non-coding variants.

Abstract The gut microbiota is a reservoir for antimicrobial resistance genes (ARGs). With current sequencing methods, it is difficult to assign ARGs to their microbial hosts, particularly if these ARGs are located on plasmids. Metagenomic chromosome conformation capture approaches (meta3C and Hi-C), have recently been developed to link bacterial genes to phylogenetic markers, thus potentially allowing the assignment of ARGs to their hosts on a microbiome-wide scale. Here, we generated a meta3C dataset of a human stool sample and used previously published meta3C and Hi-C datasets to investigate bacterial hosts of ARGs in the human gut microbiome. Sequence reads mapping to repetitive elements were found to cause problematic noise in, and may importantly skew interpretation of, meta3C and Hi-C data. We provide a strategy to improve the signal-to-noise ratio by discarding reads that map to repetitive elements and to the end of contigs. We also show the importance of using spike-in controls to quantify whether the cross-linking step in meta3C and Hi-C protocols has been successful. After filtering for spurious links, 87 ARGs were linked to their bacterial hosts across all datasets, including 27 ARGs in the meta3C dataset we generated. We show that commensal gut bacteria are an important reservoir for ARGs, with genes encoding for aminoglycoside and tetracycline resistance being widespread in anaerobic commensals of the human gut.