A CRISPR/Cas9 system is used to dissect the role of allelic risk variants on the expression of the α-synuclein gene SNCA, which has been linked to Parkinson’s disease development. Determining how genetic risk variants associated with complex diseases actually contribute to the pathological features of the disease remains a challenge. Non-coding sequences variants have been proposed to act in cis to modulate the expression of disease-linked genes, but it is difficult to test this hypothesis because of the complexity of the diseases linked to these variants. Rudolf Jaenisch and colleagues have developed a genetically controlled system to dissect out the cis-acting effect of allelic variants on the expression of the α-synuclein gene SCNA, which has been linked to Parkinson's disease development. Genome-wide association studies (GWAS) have identified numerous genetic variants associated with complex diseases, but mechanistic insights are impeded by a lack of understanding of how specific risk variants functionally contribute to the underlying pathogenesis1. It has been proposed that cis-acting effects of non-coding risk variants on gene expression are a major factor for phenotypic variation of complex traits and disease susceptibility. Recent genome-scale epigenetic studies have highlighted the enrichment of GWAS-identified variants in regulatory DNA elements of disease-relevant cell types2,3,4,5,6. Furthermore, single nucleotide polymorphism (SNP)-specific changes in transcription factor binding are correlated with heritable alterations in chromatin state and considered a major mediator of sequence-dependent regulation of gene expression7,8,9,10. Here we describe a novel strategy to functionally dissect the cis-acting effect of genetic risk variants in regulatory elements on gene expression by combining genome-wide epigenetic information with clustered regularly-interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9 genome editing in human pluripotent stem cells. By generating a genetically precisely controlled experimental system, we identify a common Parkinson’s disease associated risk variant in a non-coding distal enhancer element that regulates the expression of α-synuclein (SNCA), a key gene implicated in the pathogenesis of Parkinson’s disease. Our data suggest that the transcriptional deregulation of SNCA is associated with sequence-dependent binding of the brain-specific transcription factors EMX2 and NKX6-1. This work establishes an experimental paradigm to functionally connect genetic variation with disease-relevant phenotypes.

Five genes have been identified that contribute to Mendelian forms of Parkinson disease (PD); however, mutations have been found in fewer than 5% of patients, suggesting that additional genes contribute to disease risk. Unlike previous studies that focused primarily on sporadic PD, we have performed the first genomewide association study (GWAS) in familial PD. Genotyping was performed with the Illumina HumanCNV370Duo array in 857 familial PD cases and 867 controls. A logistic model was employed to test for association under additive and recessive modes of inheritance after adjusting for gender and age. No result met genomewide significance based on a conservative Bonferroni correction. The strongest association result was with SNPs in the GAK/DGKQ region on chromosome 4 (additive model: p = 3.4 × 10−6; OR = 1.69). Consistent evidence of association was also observed to the chromosomal regions containing SNCA (additive model: p = 5.5 × 10−5; OR = 1.35) and MAPT (recessive model: p = 2.0 × 10−5; OR = 0.56). Both of these genes have been implicated previously in PD susceptibility; however, neither was identified in previous GWAS studies of PD. Meta-analysis was performed using data from a previous case–control GWAS, and yielded improved p values for several regions, including GAK/DGKQ (additive model: p = 2.5 × 10−7) and the MAPT region (recessive model: p = 9.8 × 10−6; additive model: p = 4.8 × 10−5). These data suggest the identification of new susceptibility alleles for PD in the GAK/DGKQ region, and also provide further support for the role of SNCA and MAPT in PD susceptibility.

A common promoter polymorphism (rs35705950) in MUC5B, the gene encoding mucin 5B, is associated with idiopathic pulmonary fibrosis. It is not known whether this polymorphism is associated with interstitial lung disease in the general population.We performed a blinded assessment of interstitial lung abnormalities detected in 2633 participants in the Framingham Heart Study by means of volumetric chest computed tomography (CT). We evaluated the relationship between the abnormalities and the genotype at the rs35705950 locus.Of the 2633 chest CT scans that were evaluated, interstitial lung abnormalities were present in 177 (7%). Participants with such abnormalities were more likely to have shortness of breath and chronic cough and reduced measures of total lung and diffusion capacity, as compared with participants without such abnormalities. After adjustment for covariates, for each copy of the minor rs35705950 allele, the odds of interstitial lung abnormalities were 2.8 times greater (95% confidence interval [CI], 2.0 to 3.9; P<0.001), and the odds of definite CT evidence of pulmonary fibrosis were 6.3 times greater (95% CI, 3.1 to 12.7; P<0.001). Although the evidence of an association between the MUC5B genotype and interstitial lung abnormalities was greater among participants who were older than 50 years of age, a history of cigarette smoking did not appear to influence the association.The MUC5B promoter polymorphism was found to be associated with interstitial lung disease in the general population. Although this association was more apparent in older persons, it did not appear to be influenced by cigarette smoking. (Funded by the National Institutes of Health and others; ClinicalTrials.gov number, NCT00005121.).

Importance

 Interstitial lung abnormalities have been associated with lower 6-minute walk distance, diffusion capacity for carbon monoxide, and total lung capacity. However, to our knowledge, an association with mortality has not been previously investigated. 

Objective

 To investigate whether interstitial lung abnormalities are associated with increased mortality. 

Design, Setting, and Population

 Prospective cohort studies of 2633 participants from the FHS (Framingham Heart Study; computed tomographic [CT] scans obtained September 2008-March 2011), 5320 from the AGES-Reykjavik Study (Age Gene/Environment Susceptibility; recruited January 2002-February 2006), 2068 from the COPDGene Study (Chronic Obstructive Pulmonary Disease; recruited November 2007-April 2010), and 1670 from ECLIPSE (Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints; between December 2005-December 2006). 

Exposures

 Interstitial lung abnormality status as determined by chest CT evaluation. 

Main Outcomes and Measures

 All-cause mortality over an approximate 3- to 9-year median follow-up time. Cause-of-death information was also examined in the AGES-Reykjavik cohort. 

Results

 Interstitial lung abnormalities were present in 177 (7%) of the 2633 participants from FHS, 378 (7%) of 5320 from AGES-Reykjavik, 156 (8%) of 2068 from COPDGene, and in 157 (9%) of 1670 from ECLIPSE. Over median follow-up times of approximately 3 to 9 years, there were more deaths (and a greater absolute rate of mortality) among participants with interstitial lung abnormalities when compared with those who did not have interstitial lung abnormalities in the following cohorts: 7% vs 1% in FHS (6% difference [95% CI, 2% to 10%]), 56% vs 33% in AGES-Reykjavik (23% difference [95% CI, 18% to 28%]), and 11% vs 5% in ECLIPSE (6% difference [95% CI, 1% to 11%]). After adjustment for covariates, interstitial lung abnormalities were associated with a higher risk of death in the FHS (hazard ratio [HR], 2.7 [95% CI, 1.1 to 6.5];P = .03), AGES-Reykjavik (HR, 1.3 [95% CI, 1.2 to 1.4];P < .001), COPDGene (HR, 1.8 [95% CI, 1.1 to 2.8];P = .01), and ECLIPSE (HR, 1.4 [95% CI, 1.1 to 2.0];P = .02) cohorts. In the AGES-Reykjavik cohort, the higher rate of mortality could be explained by a higher rate of death due to respiratory disease, specifically pulmonary fibrosis. 

Conclusions and Relevance

 In 4 separate research cohorts, interstitial lung abnormalities were associated with a greater risk of all-cause mortality. The clinical implications of this association require further investigation.

Michael Cho and colleagues report a genome-wide association study of risk for chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in a large, multi-ancestry cohort. They identify 22 genome-wide significant loci, including 13 not previously associated with COPD and 4 not previously associated with any lung function trait. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a leading cause of mortality worldwide1. We performed a genetic association study in 15,256 cases and 47,936 controls, with replication of select top results (P < 5 × 10−6) in 9,498 cases and 9,748 controls. In the combined meta-analysis, we identified 22 loci associated at genome-wide significance, including 13 new associations with COPD. Nine of these 13 loci have been associated with lung function in general population samples2,3,4,5,6,7, while 4 (EEFSEC, DSP, MTCL1, and SFTPD) are new. We noted two loci shared with pulmonary fibrosis8,9 (FAM13A and DSP) but that had opposite risk alleles for COPD. None of our loci overlapped with genome-wide associations for asthma, although one locus has been implicated in joint susceptibility to asthma and obesity10. We also identified genetic correlation between COPD and asthma. Our findings highlight new loci associated with COPD, demonstrate the importance of specific loci associated with lung function to COPD, and identify potential regions of genetic overlap between COPD and other respiratory diseases.

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the leading cause of respiratory mortality worldwide. Genetic risk loci provide new insights into disease pathogenesis. We performed a genome-wide association study in 35,735 cases and 222,076 controls from the UK Biobank and additional studies from the International COPD Genetics Consortium. We identified 82 loci associated with P < 5 × 10

The relationship between the development and/or progression of interstitial lung abnormalities (ILA) and clinical outcomes has not been previously investigated.To determine the risk factors for, and the clinical consequences of, having ILA progression in participants from the Framingham Heart Study.ILA were assessed in 1,867 participants who had serial chest computed tomography (CT) scans approximately 6 years apart. Mixed effect regression (and Cox) models were used to assess the association between ILA progression and pulmonary function decline (and mortality).During the follow-up period 660 (35%) participants did not have ILA on either CT scan, 37 (2%) had stable to improving ILA, and 118 (6%) had ILA with progression (the remaining participants without ILA were noted to be indeterminate on at least one CT scan). Increasing age and increasing copies of the MUC5B promoter polymorphism were associated with ILA progression. After adjustment for covariates, ILA progression was associated with a greater FVC decline when compared with participants without ILA (20 ml; SE, ±6 ml; P = 0.0005) and with those with ILA without progression (25 ml; SE, ±11 ml; P = 0.03). Over a median follow-up time of approximately 4 years, after adjustment, ILA progression was associated with an increase in the risk of death (hazard ratio, 3.9; 95% confidence interval, 1.3-10.9; P = 0.01) when compared with those without ILA.These findings demonstrate that ILA progression in the Framingham Heart Study is associated with an increased rate of pulmonary function decline and increased risk of death.

Objective: The aim of this study was to search for genes/variants that modify the effect of LRRK2 mutations in terms of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease. Methods: We performed the first genome-wide association study of penetrance and age-at-onset of Parkinson's disease in LRRK2 mutation carriers (776 cases and 1,103 non-cases at their last evaluation). Cox proportional hazard models and linear mixed models were used to identify modifiers of penetrance and age-at-onset of LRRK2 mutations, respectively. We also investigated whether a polygenic risk score derived from a published genome-wide association study of Parkinson's disease was able to explain variability in penetrance and age-at-onset in LRRK2 mutation carriers. Results: A variant located in the intronic region of CORO1C on chromosome 12 (rs77395454; P-value=2.5E-08, beta=1.27, SE=0.23, risk allele: C) met genome-wide significance for the penetrance model. A region on chromosome 3, within a previously reported linkage peak for Parkinson's disease susceptibility, showed suggestive associations in both models (penetrance top variant: P-value=1.1E-07; age-at-onset top variant: P-value=9.3E-07). A polygenic risk score derived from publicly available Parkinson's disease summary statistics was a significant predictor of penetrance, but not of age-at-onset. Interpretation: This study suggests that variants within or near CORO1C may modify the penetrance of LRRK2 mutations. In addition, common Parkinson's disease associated variants collectively increase the penetrance of LRRK2 mutations.

The role that vitamin D plays in pulmonary function remains uncertain. Epidemiological studies reported mixed findings for the association of serum 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D] and pulmonary function. We conducted the largest cross-sectional meta-analysis of the 25(OH)D-pulmonary function association to date, based on nine European ancestry (EA) cohorts (n=22,838) and five African ancestry (AA) cohorts (n=4,290) in the CHARGE Consortium. Data were analyzed using linear models by cohort and ancestry. Effect modification by smoking status (current/former/never) was tested. Results were combined using fixed-effects meta-analysis. Mean (SD) serum 25(OH)D was 68 (29) nmol/L for EAs and 49 (21) nmol/L for AAs. For each 1 nmol/L higher 25(OH)D, forced expiratory volume in the first second (FEV1) was higher by 1.1 mL in EAs (95% CI: 0.9,1.3; P=2.5×10-21) and 1.8 mL (95% CI: 1.1,2.5; P=1.6×10-7) in AAs (Prace difference=0.06), and forced vital capacity (FVC) was higher by 1.3 mL in EAs (95% CI: 1.0,1.6; P=1.1×10-20) and 1.5 mL (95% CI: 0.8,2.3; P=1.2×10-4) in AAs (Prace difference=0.56). Among EAs, the 25(OH)D-FVC association was stronger in smokers: per 1nmol/L higher 25(OH)D, FVC was higher by 1.7 mL (95% CI: 1.1,2.3) for current smokers and 1.7 mL (95% CI: 1.2,2.1) for former smokers, compared to 0.8 mL (95% CI: 0.4,1.2) for never smokers. In summary, the 25(OH)D associations with FEV1 and FVC were positive in both ancestries. In EAs, a stronger association was observed for smokers compared to never smokers, which supports the importance of vitamin D in vulnerable populations.

Nearly 100 loci have been identified for pulmonary function, almost exclusively in studies of European ancestry populations. We extend previous research by meta-analyzing genome-wide association studies of 1000 Genomes imputed variants in relation to pulmonary function in a multiethnic population of 90,715 individuals of European (N=60,552), African (N=8,429), Asian (N=9,959), and Hispanic/Latino (N=11,775) ethnicities. We identified over 50 novel loci at genome-wide significance in ancestry-specific and/or multiethnic meta-analyses. Recent fine mapping methods incorporating functional annotation, gene expression, and/or differences in linkage disequilibrium between ethnicities identified potential causal variants and genes at known and newly identified loci. Sixteen of the novel genes encode proteins with predicted or established drug targets, including KCNK2 and CDK12.