Copy number variation (CNV) of DNA sequences is functionally significant but has yet to be fully ascertained. We have constructed a first-generation CNV map of the human genome through the study of 270 individuals from four populations with ancestry in Europe, Africa or Asia (the HapMap collection). DNA from these individuals was screened for CNV using two complementary technologies: single-nucleotide polymorphism (SNP) genotyping arrays, and clone-based comparative genomic hybridization. A total of 1,447 copy number variable regions (CNVRs), which can encompass overlapping or adjacent gains or losses, covering 360 megabases (12% of the genome) were identified in these populations. These CNVRs contained hundreds of genes, disease loci, functional elements and segmental duplications. Notably, the CNVRs encompassed more nucleotide content per genome than SNPs, underscoring the importance of CNV in genetic diversity and evolution. The data obtained delineate linkage disequilibrium patterns for many CNVs, and reveal marked variation in copy number among populations. We also demonstrate the utility of this resource for genetic disease studies. Where to next after sequencing the human genome? We want to know how human genomes differ from each other. Last year the International HapMap Project published a map of single nucleotide changes, and now an international consortium has mapped even larger areas of differences, called copy number variants (CNVs). Each CNV involves at least 1,000 base-pair differences between individuals, and they have been linked to both benign and disease-causing changes in the genome. The new map is based on analysis of DNA from 270 individuals. Over 1,400 CNVs were found, covering 12% of the genome. This makes them far more prevalent than was thought, and suggests that unless analysed for directly, these differences could be missed by present strategies used to identify genes mutated in genetic diseases. Last year the first map of single nucleotide changes was published; now an international consortium has mapped even larger areas of differences, called copy number variants. These variants are at least 1,000-base-pair differences between individual people, and have been linked to both benign and disease-causing changes in the human genome.

Structural variations of DNA greater than 1 kilobase in size account for most bases that vary among human genomes, but are still relatively under-ascertained. Here we use tiling oligonucleotide microarrays, comprising 42 million probes, to generate a comprehensive map of 11,700 copy number variations (CNVs) greater than 443 base pairs, of which most (8,599) have been validated independently. For 4,978 of these CNVs, we generated reference genotypes from 450 individuals of European, African or East Asian ancestry. The predominant mutational mechanisms differ among CNV size classes. Retrotransposition has duplicated and inserted some coding and non-coding DNA segments randomly around the genome. Furthermore, by correlation with known trait-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs), we identified 30 loci with CNVs that are candidates for influencing disease susceptibility. Despite this, having assessed the completeness of our map and the patterns of linkage disequilibrium between CNVs and SNPs, we conclude that, for complex traits, the heritability void left by genome-wide association studies will not be accounted for by common CNVs. Copy number variations or CNVs are a common form of genetic variation between individuals, caused by genomic rearrangements, either inherited or due to de novo mutation. A major collaborative effort using tiling oligonucleotide microarrays and HapMap samples has generated a comprehensive working map of 11,700 CNVs in the human genome. About half of these were also genotyped in individuals of different ancestry — European, African or East Asian. Thirty loci with CNVs that are candidates for influencing disease susceptibility were identified. Published online last October, this vast data set is a landmark in terms of completeness and spatial resolution, and as John Armour wrote in News & Views , is likely to stand as a definitive resource for years to come. This resource is the main focus of a new genome-wide association study, from the Wellcome Trust Case Control Consortium, of the links between common CNVs and eight common human diseases. Providing a wealth of technical insights to inform future study design and analysis, the Wellcome study also implies that common CNVs that can be genotyped using existing platforms are unlikely to have a major role in the genetic basis of common diseases. Much genetic variation among humans can be accounted for by structural DNA differences that are greater than 1 kilobase in size. Here, using tiling oligonucleotide arrays and HapMap samples, a map of 11,700 copy number variations (CNVs) bigger than 443 base pairs has been generated. About half of these CNVs were also genotyped in individuals of different ancestry. The results offer insight into the relative prevalence of mechanisms that generate CNVs, their evolution, and their contribution to complex genetic diseases.

The human X chromosome has a unique biology that was shaped by its evolution as the sex chromosome shared by males and females. We have determined 99.3% of the euchromatic sequence of the X chromosome. Our analysis illustrates the autosomal origin of the mammalian sex chromosomes, the stepwise process that led to the progressive loss of recombination between X and Y, and the extent of subsequent degradation of the Y chromosome. LINE1 repeat elements cover one-third of the X chromosome, with a distribution that is consistent with their proposed role as way stations in the process of X-chromosome inactivation. We found 1,098 genes in the sequence, of which 99 encode proteins expressed in testis and in various tumour types. A disproportionately high number of mendelian diseases are documented for the X chromosome. Of this number, 168 have been explained by mutations in 113 X-linked genes, which in many cases were characterized with the aid of the DNA sequence. The detailed sequence of the human X chromosome is published this week, together with a survey of inactivated X genes in females. Females have two Xs and males have one X and a Y; to make the gene dosage equivalent, females inactivate almost an entire chromosome. The X inactivation profile has important clinical implications, as the unique nature of sex chromosomes means that it contains a disproportionate number of disease-causing genes. With both the X and Y chromosomes sequenced, their evolution from a pair of ‘normal’ chromosomes can be studied in detail. The cover, by Alfred Pasieka (Science Photo Library), depicts the inactivation signal starting at the middle of the chromosome (where it is reddest) and moving out through the arms.

Copy number variants (CNVs) account for a major proportion of human genetic polymorphism and have been predicted to have an important role in genetic susceptibility to common disease. To address this we undertook a large, direct genome-wide study of association between CNVs and eight common human diseases. Using a purpose-designed array we typed ∼19,000 individuals into distinct copy-number classes at 3,432 polymorphic CNVs, including an estimated ∼50% of all common CNVs larger than 500 base pairs. We identified several biological artefacts that lead to false-positive associations, including systematic CNV differences between DNAs derived from blood and cell lines. Association testing and follow-up replication analyses confirmed three loci where CNVs were associated with disease—IRGM for Crohn’s disease, HLA for Crohn’s disease, rheumatoid arthritis and type 1 diabetes, and TSPAN8 for type 2 diabetes—although in each case the locus had previously been identified in single nucleotide polymorphism (SNP)-based studies, reflecting our observation that most common CNVs that are well-typed on our array are well tagged by SNPs and so have been indirectly explored through SNP studies. We conclude that common CNVs that can be typed on existing platforms are unlikely to contribute greatly to the genetic basis of common human diseases. Copy number variations or CNVs are a common form of genetic variation between individuals, caused by genomic rearrangements, either inherited or due to de novo mutation. A major collaborative effort using tiling oligonucleotide microarrays and HapMap samples has generated a comprehensive working map of 11,700 CNVs in the human genome. About half of these were also genotyped in individuals of different ancestry — European, African or East Asian. Thirty loci with CNVs that are candidates for influencing disease susceptibility were identified. Published online last October, this vast data set is a landmark in terms of completeness and spatial resolution, and as John Armour wrote in News & Views , is likely to stand as a definitive resource for years to come. This resource is the main focus of a new genome-wide association study, from the Wellcome Trust Case Control Consortium, of the links between common CNVs and eight common human diseases. Providing a wealth of technical insights to inform future study design and analysis, the Wellcome study also implies that common CNVs that can be genotyped using existing platforms are unlikely to have a major role in the genetic basis of common diseases. Copy number variants (CNVs) account for a major proportion of human genetic diversity and may contribute to genetic susceptibility to disease. Here, a large, genome-wide study of association between common CNVs and eight common human diseases is presented. The study provides a wealth of technical insights that will inform future study design and analysis. The results also indicate that common CNVs that can be 'typed' on existing platforms are unlikely to contribute much to the genetic basis of common diseases.

The International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) recently completed a sequence of the human genome. As part of this project, we have focused on chromosome 8. Although some chromosomes exhibit extreme characteristics in terms of length, gene content, repeat content and fraction segmentally duplicated, chromosome 8 is distinctly typical in character, being very close to the genome median in each of these aspects. This work describes a finished sequence and gene catalogue for the chromosome, which represents just over 5% of the euchromatic human genome. A unique feature of the chromosome is a vast region of approximately 15 megabases on distal 8p that appears to have a strikingly high mutation rate, which has accelerated in the hominids relative to other sequenced mammals. This fast-evolving region contains a number of genes related to innate immunity and the nervous system, including loci that appear to be under positive selection--these include the major defensin (DEF) gene cluster and MCPH1, a gene that may have contributed to the evolution of expanded brain size in the great apes. The data from chromosome 8 should allow a better understanding of both normal and disease biology and genome evolution.

Multicellular animals match costly activities, such as growth and reproduction, to the environment through nutrient-sensing pathways. The insulin/IGF signaling (IIS) pathway plays key roles in growth, metabolism, stress resistance, reproduction, and longevity in diverse organisms including mammals. Invertebrate genomes often contain multiple genes encoding insulin-like ligands, including seven Drosophila insulin-like peptides (DILPs). We investigated the evolution, diversification, redundancy, and functions of the DILPs, combining evolutionary analysis, based on the completed genome sequences of 12 Drosophila species, and functional analysis, based on newly-generated knock-out mutations for all 7 dilp genes in D. melanogaster. Diversification of the 7 DILPs preceded diversification of Drosophila species, with stable gene diversification and family membership, suggesting stabilising selection for gene function. Gene knock-outs demonstrated both synergy and compensation of expression between different DILPs, notably with DILP3 required for normal expression of DILPs 2 and 5 in brain neurosecretory cells and expression of DILP6 in the fat body compensating for loss of brain DILPs. Loss of DILP2 increased lifespan and loss of DILP6 reduced growth, while loss of DILP7 did not affect fertility, contrary to its proposed role as a Drosophila relaxin. Importantly, loss of DILPs produced in the brain greatly extended lifespan but only in the presence of the endosymbiontic bacterium Wolbachia, demonstrating a specific interaction between IIS and Wolbachia in lifespan regulation. Furthermore, loss of brain DILPs blocked the responses of lifespan and fecundity to dietary restriction (DR) and the DR response of these mutants suggests that IIS extends lifespan through mechanisms that both overlap with those of DR and through additional mechanisms that are independent of those at work in DR. Evolutionary conservation has thus been accompanied by synergy, redundancy, and functional differentiation between DILPs, and these features may themselves be of evolutionary advantage.

Plasma membrane rupture (PMR) is the final cataclysmic event in lytic cell death. PMR releases intracellular molecules known as damage-associated molecular patterns (DAMPs) that propagate the inflammatory response1-3. The underlying mechanism of PMR, however, is unknown. Here we show that the cell-surface NINJ1 protein4-8, which contains two transmembrane regions, has an essential role in the induction of PMR. A forward-genetic screen of randomly mutagenized mice linked NINJ1 to PMR. Ninj1-/- macrophages exhibited impaired PMR in response to diverse inducers of pyroptotic, necrotic and apoptotic cell death, and were unable to release numerous intracellular proteins including HMGB1 (a known DAMP) and LDH (a standard measure of PMR). Ninj1-/- macrophages died, but with a distinctive and persistent ballooned morphology, attributable to defective disintegration of bubble-like herniations. Ninj1-/- mice were more susceptible than wild-type mice to infection with Citrobacter rodentium, which suggests a role for PMR in anti-bacterial host defence. Mechanistically, NINJ1 used an evolutionarily conserved extracellular domain for oligomerization and subsequent PMR. The discovery of NINJ1 as a mediator of PMR overturns the long-held idea that cell death-related PMR is a passive event.

As more genomes are sequenced, there is an increasing need for automated first-pass annotation which allows timely access to important genomic information. The Ensembl gene-building system enables fast automated annotation of eukaryotic genomes. It annotates genes based on evidence derived from known protein, cDNA, and EST sequences. The gene-building system rests on top of the core Ensembl (MySQL) database schema and Perl Application Programming Interface (API), and the data generated are accessible through the Ensembl genome browser ( http://www.ensembl.org ). To date, the Ensembl predicted gene sets are available for the A. gambiae, C. briggsae , zebrafish, mouse, rat, and human genomes and have been heavily relied upon in the publication of the human, mouse, rat, and A. gambiae genome sequence analysis. Here we describe in detail the gene-building system and the algorithms involved. All code and data are freely available from http://www.ensembl.org .

The Human Epigenome Project aims to identify, catalogue, and interpret genome-wide DNA methylation phenomena. Occurring naturally on cytosine bases at cytosine–guanine dinucleotides, DNA methylation is intimately involved in diverse biological processes and the aetiology of many diseases. Differentially methylated cytosines give rise to distinct profiles, thought to be specific for gene activity, tissue type, and disease state. The identification of such methylation variable positions will significantly improve our understanding of genome biology and our ability to diagnose disease. Here, we report the results of the pilot study for the Human Epigenome Project entailing the methylation analysis of the human major histocompatibility complex. This study involved the development of an integrated pipeline for high-throughput methylation analysis using bisulphite DNA sequencing, discovery of methylation variable positions, epigenotyping by matrix-assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry, and development of an integrated public database available at http://www.epigenome.org. Our analysis of DNA methylation levels within the major histocompatibility complex, including regulatory exonic and intronic regions associated with 90 genes in multiple tissues and individuals, reveals a bimodal distribution of methylation profiles (i.e., the vast majority of the analysed regions were either hypo- or hypermethylated), tissue specificity, inter-individual variation, and correlation with independent gene expression data.