The MAGIC investigators report results of a large genome-wide association study meta-analysis to identify common variants influencing fasting glucose homeostasis. They further show that several of the newly discovered loci influencing glycemic traits are also associated with risk of type 2 diabetes. Levels of circulating glucose are tightly regulated. To identify new loci influencing glycemic traits, we performed meta-analyses of 21 genome-wide association studies informative for fasting glucose, fasting insulin and indices of beta-cell function (HOMA-B) and insulin resistance (HOMA-IR) in up to 46,186 nondiabetic participants. Follow-up of 25 loci in up to 76,558 additional subjects identified 16 loci associated with fasting glucose and HOMA-B and two loci associated with fasting insulin and HOMA-IR. These include nine loci newly associated with fasting glucose (in or near ADCY5, MADD, ADRA2A, CRY2, FADS1, GLIS3, SLC2A2, PROX1 and C2CD4B) and one influencing fasting insulin and HOMA-IR (near IGF1). We also demonstrated association of ADCY5, PROX1, GCK, GCKR and DGKB-TMEM195 with type 2 diabetes. Within these loci, likely biological candidate genes influence signal transduction, cell proliferation, development, glucose-sensing and circadian regulation. Our results demonstrate that genetic studies of glycemic traits can identify type 2 diabetes risk loci, as well as loci containing gene variants that are associated with a modest elevation in glucose levels but are not associated with overt diabetes.

Richard Watanabe and colleagues of the MAGIC consortium report meta-analyses of genome-wide association studies to glucose levels two hours after an oral glucose challenge. They identify variants in GIPR associated with glucose and insulin responses. Glucose levels 2 h after an oral glucose challenge are a clinical measure of glucose tolerance used in the diagnosis of type 2 diabetes. We report a meta-analysis of nine genome-wide association studies (n = 15,234 nondiabetic individuals) and a follow-up of 29 independent loci (n = 6,958–30,620). We identify variants at the GIPR locus associated with 2-h glucose level (rs10423928, β (s.e.m.) = 0.09 (0.01) mmol/l per A allele, P = 2.0 × 10−15). The GIPR A-allele carriers also showed decreased insulin secretion (n = 22,492; insulinogenic index, P = 1.0 × 10−17; ratio of insulin to glucose area under the curve, P = 1.3 × 10−16) and diminished incretin effect (n = 804; P = 4.3 × 10−4). We also identified variants at ADCY5 (rs2877716, P = 4.2 × 10−16), VPS13C (rs17271305, P = 4.1 × 10−8), GCKR (rs1260326, P = 7.1 × 10−11) and TCF7L2 (rs7903146, P = 4.2 × 10−10) associated with 2-h glucose. Of the three newly implicated loci (GIPR, ADCY5 and VPS13C), only ADCY5 was found to be associated with type 2 diabetes in collaborating studies (n = 35,869 cases, 89,798 controls, OR = 1.12, 95% CI 1.09–1.15, P = 4.8 × 10−18).

Mice deficient in the lipid sensor GPR120 develop obesity, glucose intolerance and fatty liver when fed a high-fat diet, and a loss-of-function variant in the GPR120 gene strongly contributes to increased obesity in human. The G-protein-coupled receptor GPR120 is a receptor for free fatty acids, and is involved in homeostasis mechanisms such as fat-cell generation and the regulation of appetite. Here it is shown that without GPR120, mice on a high-fat diet develop obesity, glucose intolerance and fatty liver. In humans, GPR120 expression in adipose tissue is shown to be significantly elevated in obesity. The authors also identify a mutation that inhibits GPR120 signalling activity and is associated with an increased risk for obesity in Europeans. Free fatty acids provide an important energy source as nutrients, and act as signalling molecules in various cellular processes1,2,3,4. Several G-protein-coupled receptors have been identified as free-fatty-acid receptors important in physiology as well as in several diseases3,5,6,7,8,9,10,11,12,13. GPR120 (also known as O3FAR1) functions as a receptor for unsaturated long-chain free fatty acids and has a critical role in various physiological homeostasis mechanisms such as adipogenesis, regulation of appetite and food preference5,6,14,15,16. Here we show that GPR120-deficient mice fed a high-fat diet develop obesity, glucose intolerance and fatty liver with decreased adipocyte differentiation and lipogenesis and enhanced hepatic lipogenesis. Insulin resistance in such mice is associated with reduced insulin signalling and enhanced inflammation in adipose tissue. In human, we show that GPR120 expression in adipose tissue is significantly higher in obese individuals than in lean controls. GPR120 exon sequencing in obese subjects reveals a deleterious non-synonymous mutation (p.R270H) that inhibits GPR120 signalling activity. Furthermore, the p.R270H variant increases the risk of obesity in European populations. Overall, this study demonstrates that the lipid sensor GPR120 has a key role in sensing dietary fat and, therefore, in the control of energy balance in both humans and rodents.

Philippe Froguel and colleagues report an association of variants near the gene encoding melatonin receptor 2 with fasting glucose levels and risk of type 2 diabetes. The association suggests a possible link between circadian rhythm and glucose homeostasis. In genome-wide association (GWA) data from 2,151 nondiabetic French subjects, we identified rs1387153, near MTNR1B (which encodes the melatonin receptor 2 (MT2)), as a modulator of fasting plasma glucose (FPG; P = 1.3 × 10−7). In European populations, the rs1387153 T allele is associated with increased FPG (β = 0.06 mmol/l, P = 7.6 × 10−29, N = 16,094), type 2 diabetes (T2D) risk (odds ratio (OR) = 1.15, 95% CI = 1.08–1.22, P = 6.3 × 10−5, cases N = 6,332) and risk of developing hyperglycemia or diabetes over a 9-year period (hazard ratio (HR) = 1.20, 95% CI = 1.06–1.36, P = 0.005, incident cases N = 515). RT-PCR analyses confirm the presence of MT2 transcripts in neural tissues and show MT2 expression in human pancreatic islets and beta cells. Our data suggest a possible link between circadian rhythm regulation and glucose homeostasis through the melatonin signaling pathway.

Given the anthropometric differences between men and women and previous evidence of sex-difference in genetic effects, we conducted a genome-wide search for sexually dimorphic associations with height, weight, body mass index, waist circumference, hip circumference, and waist-to-hip-ratio (133,723 individuals) and took forward 348 SNPs into follow-up (additional 137,052 individuals) in a total of 94 studies. Seven loci displayed significant sex-difference (FDR<5%), including four previously established (near GRB14/COBLL1, LYPLAL1/SLC30A10, VEGFA, ADAMTS9) and three novel anthropometric trait loci (near MAP3K1, HSD17B4, PPARG), all of which were genome-wide significant in women (P<5×10−8), but not in men. Sex-differences were apparent only for waist phenotypes, not for height, weight, BMI, or hip circumference. Moreover, we found no evidence for genetic effects with opposite directions in men versus women. The PPARG locus is of specific interest due to its role in diabetes genetics and therapy. Our results demonstrate the value of sex-specific GWAS to unravel the sexually dimorphic genetic underpinning of complex traits.

Genome-wide association studies have revealed that common noncoding variants in MTNR1B (encoding melatonin receptor 1B, also known as MT(2)) increase type 2 diabetes (T2D) risk(1,2). Although the strongest association signal was highly significant (P < 1 × 10(-20)), its contribution to T2D risk was modest (odds ratio (OR) of ∼1.10-1.15)(1-3). We performed large-scale exon resequencing in 7,632 Europeans, including 2,186 individuals with T2D, and identified 40 nonsynonymous variants, including 36 very rare variants (minor allele frequency (MAF) <0.1%), associated with T2D (OR = 3.31, 95% confidence interval (CI) = 1.78-6.18; P = 1.64 × 10(-4)). A four-tiered functional investigation of all 40 mutants revealed that 14 were non-functional and rare (MAF < 1%), and 4 were very rare with complete loss of melatonin binding and signaling capabilities. Among the very rare variants, the partial- or total-loss-of-function variants but not the neutral ones contributed to T2D (OR = 5.67, CI = 2.17-14.82; P = 4.09 × 10(-4)). Genotyping the four complete loss-of-function variants in 11,854 additional individuals revealed their association with T2D risk (8,153 individuals with T2D and 10,100 controls; OR = 3.88, CI = 1.49-10.07; P = 5.37 × 10(-3)). This study establishes a firm functional link between MTNR1B and T2D risk.

Mario Falchi, Philippe Froguel and colleagues report association of a multi-allelic copy number variant encompassing the salivary amylase gene AMY1 with body mass index and risk of obesity. Common multi-allelic copy number variants (CNVs) appear enriched for phenotypic associations compared to their biallelic counterparts1,2,3,4. Here we investigated the influence of gene dosage effects on adiposity through a CNV association study of gene expression levels in adipose tissue. We identified significant association of a multi-allelic CNV encompassing the salivary amylase gene (AMY1) with body mass index (BMI) and obesity, and we replicated this finding in 6,200 subjects. Increased AMY1 copy number was positively associated with both amylase gene expression (P = 2.31 × 10−14) and serum enzyme levels (P < 2.20 × 10−16), whereas reduced AMY1 copy number was associated with increased BMI (change in BMI per estimated copy = −0.15 (0.02) kg/m2; P = 6.93 × 10−10) and obesity risk (odds ratio (OR) per estimated copy = 1.19, 95% confidence interval (CI) = 1.13–1.26; P = 1.46 × 10−10). The OR value of 1.19 per copy of AMY1 translates into about an eightfold difference in risk of obesity between subjects in the top (copy number > 9) and bottom (copy number < 4) 10% of the copy number distribution. Our study provides a first genetic link between carbohydrate metabolism and BMI and demonstrates the power of integrated genomic approaches beyond genome-wide association studies.

The demarcation between monogenic and polygenic type 2 diabetes (T2D) is less distinct than previously believed. Notably, recent research has highlighted a new entity, that we suggest calling oligogenic forms of T2D, serving as a genetic link between these two forms. In this opinion article, we have reviewed scientific advances that suggest categorizing genes involved in oligogenic T2D. Research focused on polygenic T2D has faced challenges in deepening our comprehension of the pathophysiology of T2D due to the inability to directly establish causal links between a signal and the molecular mechanisms underlying the disease. However, the study of oligogenic forms of T2D has illuminated distinct causal connections between genes and disease risk, thereby indicating potential new drug targets.