Richard Houlston, Maria Teresa Landi and colleagues report the identification of large-effect associations for squamous lung cancer with rare variants in BRCA2 and CHEK2. We conducted imputation to the 1000 Genomes Project of four genome-wide association studies of lung cancer in populations of European ancestry (11,348 cases and 15,861 controls) and genotyped an additional 10,246 cases and 38,295 controls for follow-up. We identified large-effect genome-wide associations for squamous lung cancer with the rare variants BRCA2 p.Lys3326X (rs11571833, odds ratio (OR) = 2.47, P = 4.74 × 10−20) and CHEK2 p.Ile157Thr (rs17879961, OR = 0.38, P = 1.27 × 10−13). We also showed an association between common variation at 3q28 (TP63, rs13314271, OR = 1.13, P = 7.22 × 10−10) and lung adenocarcinoma that had been previously reported only in Asians. These findings provide further evidence for inherited genetic susceptibility to lung cancer and its biological basis. Additionally, our analysis demonstrates that imputation can identify rare disease-causing variants with substantive effects on cancer risk from preexisting genome-wide association study data.

Abstract Vitamin D is a steroid hormone precursor that is associated with a range of human traits and diseases. Previous GWAS of serum 25-hydroxyvitamin D concentrations have identified four genome-wide significant loci ( GC, NADSYN1/DHCR7, CYP2R1, CYP24A1 ). In this study, we expand the previous SUNLIGHT Consortium GWAS discovery sample size from 16,125 to 79,366 (all European descent). This larger GWAS yields two additional loci harboring genome-wide significant variants ( P = 4.7×10 −9 at rs8018720 in SEC23A , and P = 1.9×10 −14 at rs10745742 in AMDHD1 ). The overall estimate of heritability of 25-hydroxyvitamin D serum concentrations attributable to GWAS common SNPs is 7.5%, with statistically significant loci explaining 38% of this total. Further investigation identifies signal enrichment in immune and hematopoietic tissues, and clustering with autoimmune diseases in cell-type-specific analysis. Larger studies are required to identify additional common SNPs, and to explore the role of rare or structural variants and gene–gene interactions in the heritability of circulating 25-hydroxyvitamin D levels.

Abstract Aim Variation in genomic sequences that control gene expression in target tissues is increasingly recognized as the underlying basis of disease susceptibility, especially cancer. This is particularly relevant to common genetic variation impacting on cancer risk. Exogenous factors may also influence gene expression, potentially leaving a transcriptomic signature of environmental risk factors in normal tissues. Therefore, understanding endogenous and exogenous influences over gene expression patterns in normal tissue is critical to the study of functional genomics and its relationship to disease susceptibility. Here, we investigated demographic and sampling variables that could impact on gene expression in normal colorectal mucosa. Method We prospectively collected normal mucosa from 424 patients undergoing colorectal surgery or outpatient assessment through surgical stripping of normal mucosa from resected colorectal specimens or rectal biopsy. Gene expression was assessed using Illumina HT-12 microarrays and analysed against demographic (age, gender, BMI) and sampling factors (general anaesthesia, cleansing bowel agents, sample site, time to RNA preservation) using adjusted linear regression modelling. Results Age, gender, smoking status, sampling under anaesthetic, sample site and sampling method were associated with differential gene expression in the adjusted model. BMI or use of cleansing bowel preparation did not impact gene expression. Age was associated with differential expression of 16 genes and significant enrichment in pathways relevant to tumourigenesis, including immune process, cell proliferation, adhesion and death. Sample site was associated with differential expression of 2515 genes, with 1102 genes more highly expressed in the proximal colon (proximal to splenic flexure). Gender and sampling under anaesthetic were associated with differential expression of 99 and 851 genes respectively. Increased time to RNA preservation (45-90 minutes) was associated with enrichment of pathways consistent with tissue ischaemia including ‘response to wounding’, ‘apoptotic process’ , and ‘response to oxygen levels’ . Conclusions Demographic and sampling factors influence gene expression patterns in normal colorectal mucosa, often with a large magnitude of effect. Meanwhile, greater time to RNA preservation is associated with patterns of gene expression consistent with tissue ischaemia which questions the generalisability of assessment of gene expression patterns generated from post-mortem studies. These results highlight the importance of fully adjusted expression analyses and may indicate mechanisms underlying age, gender and site-specific differences in CRC incidence, progression and outcome.

Abstract Introduction Colorectal cancer (CRC) is the second most common cause of cancer death globally. Genome-wide association studies have established that cancer risk mediated through common genetic variants can be linked to variation in gene expression. Since obesity and male sex impart substantially elevated CRC risk, we studied transcriptional profiles of normal colorectal mucosa using RNA sequencing to better understand the relationship of these risk factors with gene expression levels. Methods Normal colorectal mucosa was sampled from 365 participants (208 males, 157 females) either during surgery (n=103) or through endoscopic biopsy (n=262) from cancer patients and patients with other unrelated conditions. In total, 238 samples were used for our discovery dataset and 380 samples were obtained for the validation of our findings. The transcription analysis was done using paired-end total RNA sequencing. Data processing and gene filtering followed the Genotype-Tissue Expression (GTEx) Project pipeline v8. Differential Expression Analysis (DEA) was performed on normalised counts to evaluate effects of sex and body mass index on the total gene expression, as well as possible confounding effects of cancer presence on the gene expression in normal colorectal tissue. Results Following filtering, there were 15,465 genes available for analysis. DEA identified two genes that were significantly associated with sex and five associated with body mass index. However, whilst these nominal signals are of interest, none of the genes associated with sex remained significant in a replication dataset. Due to the missing BMI information, replication of DEA by BMI was not possible. Conclusion We found no systematic differences in gene expression in normal colorectal epithelium between males and females, nor did we find a strong association between gene expression and BMI. Although sample size may limit our analysis, the results suggest no or limited confounding effects of BMI and sex on gene expression in normal colorectal mucosa samples.

Abstract Colorectal cancer (CRC) is characterised by heritable risk that is not well understood. Heritable, genetic variation at 11q23.1 is associated with increased colorectal cancer (CRC) risk, demonstrating eQTL effects on 3 cis- and 23 trans-eQTL targets. We sought to determine the relationship between 11q23.1 cis- and trans-eQTL target expression and test for potential cell-specificity. scRNAseq from 32,361 healthy colonic epithelial cells was aggregated and subject to weighted gene co-expression network analysis (WGCNA). One module (blue) included 19 trans-eQTL targets and was correlated with C11orf53 expression only. Following unsupervised clustering of single cells, the expression of 19 trans-eQTL targets was greatest and most variable in cluster number 11, which transcriptionally resembled tuft cells. 14 trans-eQTL targets were found to demarcate this cluster, 11 of which were corroborated in a second dataset. Intra-cluster WGCNA and module preservation analysis then identified twelve 11q23.1 trans-eQTL targets to comprise a network that was specific to cluster 11. Finally, linear modelling and differential abundance testing showed 11q23.1 trans-eQTL target expression was predictive of cluster 11 abundance. Our findings suggest 11q23.1 trans-eQTL targets comprise a C11orf53- related network that is likely tuft cell-specific and reduced expression of these genes correlates with reduced tuft cell abundance in silico .

Introduction: The role of serum urate level has been extensively investigated in observational studies. However, the extent of any causal effect remains unclear, making it difficult to evaluate its clinical relevance. Objectives: To explore any causal or pleiotropic association between serum urate level and a broad spectrum of disease outcomes. Methods: Phenome-wide association study (PheWAS) together with a Bayesian analysis of tree-structured phenotypic models (TreeWAS) was performed to examine disease outcomes related to genetically determined serum urate levels in 339,256 UK Biobank participants. Mendelian Randomisation (MR) analyses were performed to replicate significant findings using various GWAS consortia data. Sensitivity analyses were conducted to examine possible pleiotropic effects on metabolic traits of the genetic variants used as instruments for serum urate. Results: PheWAS analysis, examining the association with 1,431 disease outcomes, identified a multitude of disease outcomes including gout, hypertension, hypercholesterolemia, and heart diseases (e.g., coronary atherosclerosis, myocardial infarction, and ischaemic heart disease) that were associated (p<3.35e-04) with genetically determined serum urate levels. TreeWAS analysis, examining 10,750 ICD-10 diagnostic terms, identified more sub-phenotypes of cardiovascular and cerebrovascular diseases (e.g., angina pectoris, heart failure, cerebral infarction). MR analysis successfully replicated the association with gout, hypertension, heart diseases and blood lipid levels, but indicated the existence of genetic pleiotropy. Sensitivity analyses support an inference that pleiotropic effects of genetic variants on urate and metabolic traits contribute to the observational associations with cardiovascular diseases. Conclusions: High serum urate levels are associated with different types of cardiac events. The finding of genetic pleiotropy indicates the existence of common upstream pathological elements influencing both urate and metabolic traits, and this may suggest new opportunities and challenges for developing drugs targeting a more distal mediator that would be beneficial for both the treatment of gout and the prevention of cardiovascular comorbidities.

Background: Evidence from observational studies suggests a protective role for physical activity (PA) against colorectal cancer (CRC) risk. However, it has yet to be established a causal relationship. We conducted a two-sample Mendelian randomisation (MR) study to examine causality between physical activity and CRC risk. Methods: We used common genetic variants associated with self-reported and accelerometer-based physical activity as instrumental variables (IVs) in this MR study. The IVs were derived from the largest available genome-wide association study (GWAS) of physical activity, namely UK Biobank. We analysed the effect of the IVs for physical activity in a large CRC GWAS that included 31 197 cases and 61 770 controls. We applied inverse variance weighted (IVW) method as the main analysis method. Results: Our results demonstrate a protective effect between accelerometer-based physical activity and CRC risk (the outlier-adjusted ORIVW was 0.92 per one standard deviation (SD) increase of accelerometer-base physical activity [95% CI: 0.87-0.98, P: 0.01]). The effect between self-reported physical activity and CRC risk was not statistically significant but was also supportive of an inverse association (the outlier-adjusted ORIVW was 0.61 per 1 SD increase of moderate-to-vigorous physical activity [95%CI: 0.36-1.06, P: 0.08]). Conclusions: The findings of this large MR study show for the first time that objectively measured physical activity is causally implicated in reducing CRC risk. The limitations of the study are that it is based on only two genetic instruments and that it has limited power, despite the study size. Nonetheless, at a population level, these findings provide strong reinforcing evidence to support public health policy measures that encourage exercise, even in obese individuals.