Defining the environmental context in which genes enhance disease susceptibility can provide insight into the pathogenesis of complex disorders. We report that the intra-uterine environment modulates the association of schizophrenia with genomic risk (in this study, genome-wide association study–derived polygenic risk scores (PRSs)). In independent samples from the United States, Italy, and Germany, the liability of schizophrenia explained by PRS is more than five times greater in the presence of early-life complications (ELCs) compared with their absence. Patients with ELC histories have significantly higher PRS than patients without ELC histories, which is confirmed in additional samples from Germany and Japan. The gene set composed of schizophrenia loci that interact with ELCs is highly expressed in placenta, is differentially expressed in placentae from complicated in comparison with normal pregnancies, and is differentially upregulated in placentae from male compared with female offspring. Pathway analyses reveal that genes driving the PRS-ELC interaction are involved in cellular stress response; genes that do not drive such interaction implicate orthogonal biological processes (for example, synaptic function). We conclude that a subset of the most significant genetic variants associated with schizophrenia converge on a developmental trajectory sensitive to events that affect the placental response to stress, which may offer insights into sex biases and primary prevention. Early-life complications modulate the association of genomic risk and schizophrenia.

Abstract Defining the environmental context in which genes enhance susceptibility can provide insight into the pathogenesis of complex disorders, like schizophrenia. Here we show that the intrauterine and perinatal environment modulates the association of schizophrenia with genomic risk, as measured with polygenic risk scores (PRS) based primarily on GWAS significant variants. Genomic risk interacts with intrauterine and perinatal complications (Early Life Complications, ELCs) in each of three independent samples from USA, Italy and Germany (overall n= 1693, p= 6e-05). In each sample, the liability of schizophrenia explained by PRS is nominally more than five times greater in the presence of a history of ELCs compared with its absence. In each sample, patients with positive ELC histories have higher PRS than patients without ELCs, which is further confirmed in two additional patient samples from Germany and Japan (overall n=2038, p= 1e-04). The gene set based on the schizophrenia loci interacting with ELCs is highly expressed in multiple placental compartments and dynamically regulated in placenta from complicated in comparison with normal pregnancies. The same genes are differentially up-regulated in placentae from male compared with female offspring. The interaction between genomic risk and ELCs is mainly driven by GWAS significant loci enriched for genes highly expressed in the various placenta samples. Molecular pathway analyses based on the genes not driving this interaction reflect previous analyses about schizophrenia risk-genes, while genes highly and differentially expressed in placentae implicate an orthogonal biology involving cellular stress. These results suggest that the most significant genetic variants detected by current schizophrenia GWAS contribute to risk in part by converging on a developmental trajectory sensitive to events affecting placentation, which may underlie the male preponderance of schizophrenia and offer new insights into primary prevention.

Suicide is the second leading cause of death in U.S. adolescents and young adults and is generally associated with a psychiatric disorder. Suicidal behavior has a complex etiology and pathogenesis. Moderate heritability suggests genetic causes. Associations between childhood and recent life adversity indicate contributions from epigenetic factors. Genomic contributions to suicide pathogenesis remain largely unknown. This article is based on a workshop held to design strategies to identify molecular drivers of suicide neurobiology that would be putative new treatment targets. The panel determined that while bulk tissue studies provide comprehensive information, single-nucleus approaches that identify cell type-specific changes are needed. While single-nuclei techniques lack information on cytoplasm, processes, spines, and synapses, spatial multiomic technologies on intact tissue detect cell alterations specific to brain tissue layers and subregions. Because suicide has genetic and environmental drivers, multiomic approaches that combine cell type-specific epigenome, transcriptome, and proteome provide a more complete picture of pathogenesis. To determine the direction of effect of suicide risk gene variants on RNA and protein expression and how these interact with epigenetic marks, single-nuclei and spatial multiomics quantitative trait loci maps should be integrated with whole-genome sequencing and genome-wide association databases. The workshop concluded with a recommendation for the formation of an international suicide biology consortium that will bring together brain banks and investigators with expertise in cutting-edge omics technologies to delineate the biology of suicide and identify novel potential treatment targets to be tested in cellular and animal models for drug and biomarker discovery to guide suicide prevention.

Objective: Previous findings suggest that differences in brain expression of a human-specific long intergenic non-coding RNA (LINC01268; GRCh37/hg19: LOC285758) may be linked to aggressive behavior and suicide. The authors sought to replicate and extend these findings in a new sample, and translate the results to the behavioral level in living healthy subjects. Method: The authors examined RNA sequencing data in human brain to confirm the prior postmortem association of the lincRNA specifically with suicide by violent means. In addition, they used a genetic variant associated with LINC01268 expression to detect association with in vivo prefrontal physiology related to behavioral control. They finally performed weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) and gene-ontology analysis to identify biological processes associated with a LINC01268 co-expression network. Results: In the replication sample, prefrontal expression of LINC01268 was again higher in suicides by violent means (N=65) than both non-suicides (N=78; 1.29e-06) and suicides by non-violent means (N=46; p=1.4e-06). In a living cohort, carriers of the minor allele of a SNP associated with increased LINC01268 expression in brain scored higher on a lifetime aggression questionnaire and show diminished engagement of prefrontal cortex (BA10) when viewing angry faces during fMRI. WGCNA highlighted the immune response. Conclusions: These results suggest that LINC01268 influences emotional regulation, aggressive behavior and suicide by violent means; the underlying biological dynamics may include modulation of genes potentially engaged in the immune response.