Abstract Diabetes is a major chronic disease with an excessive healthcare burden on society 1 . A coding variant (p.Arg192His) in the transcription factor PAX4 is uniquely and reproducibly associated with an altered risk for type 2 diabetes (T2D) in East Asian populations 2–7 , whilst rare PAX4 alleles have been proposed to cause monogenic diabetes 8 . In mice, Pax4 is essential for beta cell formation but neither the role of diabetes-associated variants in PAX4 nor PAX4 itself on human beta cell development and/or function are known. Here, we demonstrate that non-diabetic carriers of either the PAX4 p.Arg192His or a newly identified p.Tyr186X allele exhibit decreased pancreatic beta cell function. In the human beta cell model, EndoC-βH1, PAX4 knockdown led to impaired insulin secretion, reduced total insulin content, and altered hormone gene expression. Deletion of PAX4 in isogenic human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived beta-like cells resulted in derepression of alpha cell gene expression whilst in vitro differentiation of hiPSCs from carriers of PAX4 p.His192 and p.X186 alleles exhibited increased polyhormonal endocrine cell formation and reduced insulin content. In silico and in vitro studies showed that these PAX4 alleles cause either reduced PAX4 expression or function. Correction of the diabetes-associated PAX4 alleles reversed these phenotypic changes. Together, we demonstrate the role of PAX4 in human endocrine cell development, beta cell function, and its contribution to T2D-risk.

Abstract Aims/hypothesis Genome-wide studies have uncovered multiple independent signals at the RREB1 locus associated with altered type 2 diabetes risk and related glycemic traits. However, little is known about the function of the zinc finger transcription factor RREB1 in glucose homeostasis or how changes in its expression and/or function influence diabetes risk. Methods A zebrafish model lacking rreb1a and rreb1b was used to study the effect of RREB1 loss in vivo . Using transcriptomic and cellular phenotyping of a human beta cell model (EndoC-βH1) and human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived beta-like cells, we investigated how loss of RREB1 expression and activity affects pancreatic endocrine cell development and function. Ex vivo measurements of human islet function were performed in donor islets from carriers of RREB1 T2D-risk alleles. Results CRISPR-Cas9-mediated loss of rreb1a and rreb1b function in zebrafish supports an in vivo role for the transcription factor in beta cell mass, beta cell insulin expression, and glucose levels. Loss of RREB1 reduced insulin gene expression and cellular insulin content in EndoC-βH1 cells, and impaired insulin secretion under prolonged stimulation. Transcriptomic analysis of RREB1 knockdown and knockout EndoC-βH1 cells supports RREB1 as a novel regulator of genes involved in insulin secretion. In vitro differentiation of RREB1 KO/KO hiPSCs revealed a dysregulation of pro-endocrine cell genes, including RFX family members, suggesting that RREB1 also regulates genes involved in endocrine cell development. Human donor islets from carriers of T2D-risk alleles in RREB1 have altered glucose-stimulated insulin secretion ex vivo , consistent with RREB1 regulating islet cell function. Conclusions/interpretation Together, our results indicate that RREB1 regulates beta cell function by transcriptionally regulating the expression of genes involved in beta cell development and function. Research in context What is already known about this subject? Human genetic variation in RREB1 is associated with altered diabetes risk, variation in glycemic, and anthropometric traits RREB1 is a transcription factor that binds to Ras-responsive elements and is expressed in multiple diabetes relevant tissues, including pancreatic islets What is the key question? How does altered expression or function of RREB1 influence diabetes risk? What are the new findings? Knockdown and knockout of RREB1 in mature human EndoC-βH1 cells reduces expression of insulin transcript and cellular content, as well as insulin secretion under prolonged stress Carriers of the T2D-risk RREB1 coding allele trend towards reduced insulin content, but have improved glucose-stimulated insulin secretion A loss-of-function zebrafish model suggests that RREB1 is required for insulin expression How might this impact on clinical practice in the foreseeable future? RREB1 controls beta cell function and whole-body glucose homeostasis by transcriptionally regulating the development and function of pancreatic beta cells

Genome-wide association analyses have uncovered multiple genomic regions associated with T2D, but identification of the causal variants at these remains a challenge. There is growing interest in the potential of deep learning models - which predict epigenome features from DNA sequence - to support inference concerning the regulatory effects of disease-associated variants. Here, we evaluate the advantages of training convolutional neural network (CNN) models on a broad set of epigenomic features collected in a single disease-relevant tissue – pancreatic islets in the case of type 2 diabetes (T2D) - as opposed to models trained on multiple human tissues. We report convergence of CNN-based metrics of regulatory function with conventional approaches to variant prioritization – genetic fine-mapping and regulatory annotation enrichment. We demonstrate that CNN-based analyses can refine association signals at T2D-associated loci and provide experimental validation for one such signal. We anticipate that these approaches will become routine in downstream analyses of GWAS.

There are multiple independent genetic signals at the

A rare loss-of-function variant p.Arg138* in SLC30A8 encoding the zinc transporter 8 (ZnT8) enriched in Western Finland protects against type 2 diabetes (T2D). We recruited relatives of the identified carriers and showed that protection was associated with better insulin secretion due to enhanced glucose responsiveness and proinsulin conversion, especially compared with individuals matched for the genotype of a common T2D risk variant in SLC30A8, p.Arg325. In genome-edited human IPS-derived β-like cells, we establish that the p.Arg138* variant results in reduced SLC30A8 expression due to haploinsufficiency. In human β-cells loss of SLC30A8 leads to increased glucose responsiveness and reduced KATP channel function, which was also seen in isolated islets from carriers of the T2D-protective allele p.Trp325. These data position ZnT8 as an appealing target for treatment aiming at maintaining insulin secretion capacity in T2D.