Abstract Understanding the impact of regulatory variants on complex phenotypes is a significant challenge because the genes and pathways that are targeted by such variants are typically unknown. Furthermore, a regulatory variant might influence a particular gene’s expression in a cell type or tissue-specific manner. Cell-type specific long-range regulatory interactions that occur between a distal regulatory sequence and a gene offers a powerful framework for understanding the impact of regulatory variants on complex phenotypes. However, high-resolution maps of such long-range interactions are available only for a handful of model cell lines. To address this challenge, we have developed L-HiC-Reg, a Random Forests based regression method to predict high- resolution contact counts in new cell lines, and a network-based framework to identify candidate cell line-specific gene networks targeted by a set of variants from a Genome-wide association study (GWAS). We applied our approach to predict interactions in 55 Roadmap Epigenome Consortium cell lines, which we used to interpret regulatory SNPs in the NHGRI GWAS catalogue. Using our approach, we performed an in-depth characterization of fifteen different phenotypes including Schizophrenia, Coronary Artery Disease (CAD) and Crohn’s disease. In CAD, we found differentially wired subnetworks consisting of known as well as novel gene targets of regulatory SNPs. Taken together, our compendium of interactions and associated network-based analysis pipeline offers a powerful resource to leverage long-range regulatory interactions to examine the context-specific impact of regulatory variation in complex phenotypes.

Genome-wide association studies (GWAS) have hitherto identified several genetic variants associated with cancer susceptibility, but the molecular functions of these risk modulators remain largely uncharacterized. Recent studies have begun to uncover the regulatory potential of non-coding GWAS SNPs by using epigenetic information in corresponding cancer cell types and matched normal tissues. However, this approach does not explore the potential effect of risk germline variants on other important cell types that constitute the microenvironment of tumor or its precursor. This paper presents evidence that the breast cancer-associated variant rs3903072 may regulate the expression of CTSW in tumor infiltrating lymphocytes. CTSW is a candidate tumor-suppressor gene, with expression highly specific to immune cells and also positively correlated with breast cancer patient survival. Integrative analyses suggest a putative causative variant in a GWAS-linked enhancer in lymphocytes that loops to the 3' end of CTSW through three-dimensional chromatin interaction. Our work thus poses the possibility that a cancer-associated genetic variant might regulate a gene not only in the cell of cancer origin, but also in immune cells in the microenvironment, thereby modulating the immune surveillance by T lymphocytes and natural killer cells and affecting the clearing of early cancer initiating cells.