Type 2 diabetes mellitus (T2D) is a growing health problem, but little is known about its early disease stages, its effects on biological processes or the transition to clinical T2D. To understand the earliest stages of T2D better, we obtained samples from 106 healthy individuals and individuals with prediabetes over approximately four years and performed deep profiling of transcriptomes, metabolomes, cytokines, and proteomes, as well as changes in the microbiome. This rich longitudinal data set revealed many insights: first, healthy profiles are distinct among individuals while displaying diverse patterns of intra- and/or inter-personal variability. Second, extensive host and microbial changes occur during respiratory viral infections and immunization, and immunization triggers potentially protective responses that are distinct from responses to respiratory viral infections. Moreover, during respiratory viral infections, insulin-resistant participants respond differently than insulin-sensitive participants. Third, global co-association analyses among the thousands of profiled molecules reveal specific host-microbe interactions that differ between insulin-resistant and insulin-sensitive individuals. Last, we identified early personal molecular signatures in one individual that preceded the onset of T2D, including the inflammation markers interleukin-1 receptor agonist (IL-1RA) and high-sensitivity C-reactive protein (CRP) paired with xenobiotic-induced immune signalling. Our study reveals insights into pathways and responses that differ between glucose-dysregulated and healthy individuals during health and disease and provides an open-access data resource to enable further research into healthy, prediabetic and T2D states.

Genomic imprinting is an important regulatory mechanism that silences one of the parental copies of a gene. To systematically characterize this phenomenon, we analyze tissue specificity of imprinting from allelic expression data in 1582 primary tissue samples from 178 individuals from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project. We characterize imprinting in 42 genes, including both novel and previously identified genes. Tissue specificity of imprinting is widespread, and gender-specific effects are revealed in a small number of genes in muscle with stronger imprinting in males. IGF2 shows maternal expression in the brain instead of the canonical paternal expression elsewhere. Imprinting appears to have only a subtle impact on tissue-specific expression levels, with genes lacking a systematic expression difference between tissues with imprinted and biallelic expression. In summary, our systematic characterization of imprinting in adult tissues highlights variation in imprinting between genes, individuals, and tissues.

Identifying functional non-coding variants can enhance genome interpretation and inform novel genetic risk factors. We used whole genomes and peripheral white blood cell transcriptomes from 624 Sardinian individuals to identify non-coding variants that contribute to population, family, and individual differences in transcript abundance. We identified 21,183 independent expression quantitative trait loci (eQTLs) and 6,768 independent splicing quantitative trait loci (sQTLs) influencing 73 and 41% of all tested genes. When we compared Sardinian eQTLs to those previously identified in Europe, we identified differentiated eQTLs at genes involved in malarial resistance and multiple sclerosis, reflecting the long-term epidemiological history of the island's population. Taking advantage of pedigree data for the population sample, we identify segregating patterns of outlier gene expression and allelic imbalance in 61 Sardinian trios. We identified 809 expression outliers (median z-score of 2.97) averaging 13.3 genes with outlier expression per individual. We then connected these outlier expression events to rare non-coding variants. Our results provide new insight into the effects of non-coding variants and their relationship to population history, traits and individual genetic risk.