Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the leading cause of respiratory mortality worldwide. Genetic risk loci provide novel insights into disease pathogenesis. To broaden COPD genetic risk loci discovery and identify cell type and phenotype associations 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 with P value < 5x10-8; 47 were previously described in association with either COPD or population-based lung function. Of the remaining 35 novel loci, 13 were associated with lung function in 79,055 individuals from the SpiroMeta consortium. Using gene expression and regulation data, we identified enrichment for loci in lung tissue, smooth muscle and alveolar type II cells. We found 9 shared genomic regions between COPD and asthma and 5 between COPD and pulmonary fibrosis. COPD genetic risk loci clustered into groups of quantitative imaging features and comorbidity associations. Our analyses provide further support to the genetic susceptibility and heterogeneity of COPD.

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.

Rationale: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a complex lung disease characterised by scarring of the lung that is believed to result from an atypical response to injury of the epithelium. The mechanisms by which this arises are poorly understood and it is likely that multiple pathways are involved. The strongest genetic association with IPF is a variant in the promoter of MUC5B where each copy of the risk allele confers a five-fold risk of disease. However, genome-wide association studies have reported additional signals of association implicating multiple pathways including host defence, telomere maintenance, signalling and cell-cell adhesion. Objectives: To improve our understanding of mechanisms that increase IPF susceptibility by identifying previously unreported genetic associations. Methods and measurements: We performed the largest genome-wide association study undertaken for IPF susceptibility with a discovery stage comprising up to 2,668 IPF cases and 8,591 controls with replication in an additional 1,467 IPF cases and 11,874 controls. Polygenic risk scores were used to assess the collective effect of variants not reported as associated with IPF. Main results: We identified and replicated three new genome-wide significant (P<5×10−8) signals of association with IPF susceptibility (near KIF15 , MAD1L1 and DEPTOR ) and confirm associations at 11 previously reported loci. Polygenic risk score analyses showed that the combined effect of many thousands of as-yet unreported IPF risk variants contribute to IPF susceptibility. Conclusions: Novel association signals support the importance of mTOR signalling in lung fibrosis and suggest a possible role of mitotic spindle-assembly genes in IPF susceptibility.

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.

Over 90 regions of the genome have been associated with lung function to date, many of which have also been implicated in chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We carried out meta-analyses of exome array data and three lung function measures: forced expiratory volume in one second (FEV1), forced vital capacity (FVC) and the ratio of FEV1 to FVC (FEV1/FVC). These analyses by the SpiroMeta and CHARGE consortia included 60,749 individuals of European ancestry from 23 studies, and 7,721 individuals of African Ancestry from 5 studies in the discovery stage, with follow-up in up to 111,556 independent individuals. We identified significant (P<2.8x10-7) associations with six SNPs: a nonsynonymous variant in RPAP1, which is predicted to be damaging, three intronic SNPs (SEC24C, CASC17 and UQCC1) and two intergenic SNPs near to LY86 and FGF10. eQTL analyses found evidence for regulation of gene expression at three signals and implicated several genes including TYRO3 and PLAU. Further interrogation of these loci could provide greater understanding of the determinants of lung function and pulmonary disease.

Background: Although several genome wide association studies (GWAS) have investigated the genetics of pulmonary ventilatory function, little is known about the genetic factors that influence gas exchange. Aim: To investigate the heritability of, and genetic variants associated with the diffusing capacity of the lung. Methods: GWAS was performed on diffusing capacity, measured by carbon monoxide uptake (DLCO) and per alveolar volume (DLCO/VA) using the single-breath technique, in 8,372 individuals from two population-based cohort studies, the Rotterdam Study and the Framingham Heart Study. Heritability was estimated in related (n=6,246) and unrelated (n=3,286) individuals. Results: Heritability of DLCO and DLCO/VA ranged between 23% and 28% in unrelated individuals and between 45% and 49% in related individuals. Meta-analysis identified a genetic variant in GPR126 that is significantly associated with DLCO/VA. Gene expression analysis of GPR126 in human lung tissue revealed a decreased expression in patients with COPD and subjects with decreased DLCO/VA. Conclusion: DLCO and DLCO/VA are heritable traits, with a considerable proportion of variance explained by genetics. A functional variant in GPR126 gene region was significantly associated with DLCO/VA. Pulmonary GPR126 expression was decreased in patients with COPD.

Epigenetic architecture is influenced by genetic and environmental factors, but little is known about their relative contributions or longitudinal dynamics. Here, we studied DNA methylation (DNAm) at over 750,000 CpG sites in mononuclear blood cells collected at birth and age 7 from 196 children of primarily self-reported Black and Hispanic ethnicities to study race-associated DNAm patterns. We developed a novel Bayesian method for high dimensional longitudinal data and showed that race-associated DNAm patterns at birth and age 7 are nearly identical. Additionally, we estimated that up to 51% of all self-reported race-associated CpGs had race-dependent DNAm levels that were mediated through local genotype and, quite surprisingly, found that genetic factors explained an overwhelming majority of the variation in DNAm levels at other, previously identified, environmentally-associated CpGs. These results not only indicate that race-associated DNAm patterns in blood are present at birth and are primarily genetically, and not environmentally, determined, but also that DNAm in blood cells overall is robust to many environmental exposures during the first 7 years of life.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.