There is considerable variation in disease behavior among patients infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus that causes coronavirus disease 2019 (Covid-19). Genomewide association analysis may allow for the identification of potential genetic factors involved in the development of Covid-19.

The genetic mechanisms underlying the susceptibility to acute respiratory distress syndrome (ARDS) are poorly understood. We previously demonstrated that sphingosine 1-phosphate (S1P) and the S1P receptor S1PR3 are intimately involved in lung inflammatory responses and vascular barrier regulation. Furthermore, plasma S1PR3 protein levels were shown to serve as a biomarker of severity in critically ill ARDS patients. This study explores the contribution of single nucleotide polymorphisms (SNPs) of the S1PR3 gene to sepsis-associated ARDS. S1PR3 SNPs were identified by sequencing the entire gene and tagging SNPs selected for case-control association analysis in African- and ED samples from Chicago, with independent replication in a European case-control study of Spanish individuals. Electrophoretic mobility shift assays, luciferase activity assays, and protein immunoassays were utilized to assess the functionality of associated SNPs. A total of 80 variants, including 29 novel SNPs, were identified. Because of limited sample size, conclusive findings could not be drawn in African-descent ARDS subjects; however, significant associations were found for two promoter SNPs (rs7022797 -1899T/G; rs11137480 -1785G/C), across two ED samples supporting the association of alleles -1899G and -1785C with decreased risk for sepsis-associated ARDS. In addition, these alleles significantly reduced transcription factor binding to the S1PR3 promoter; reduced S1PR3 promoter activity, a response particularly striking after TNF-α challenge; and were associated with lower plasma S1PR3 protein levels in ARDS patients. These highly functional studies support S1PR3 as a novel ARDS candidate gene and a potential target for individualized therapy.

Summary Background Genetic susceptibility to asthma is currently linked to a handful of genes which have a limited ability to predict the overall disease risk, suggesting the existence of many other genes involved in disease development. Accumulated evidence from association studies in genes related by biological pathways could reveal novel asthma genes. Objective To reveal novel asthma susceptibility genes by means of a pathway‐based association study. Methods Based on summary data from a previous a genomewide association study ( GWAS ) of asthma, we first identified significant biological pathways using a gene‐set enrichment analysis. We then mapped all tested single nucleotide polymorphisms ( SNP s) on the genes contributing to significant pathways and prioritized those with a disproportionate number of nominal significant associations for further studies. For those prioritized genes, association studies were performed for selected SNP s in independent case–control samples ( n = 1765) using logistic regression models, and results were meta‐analysed with those from the GWAS . Results Two biological processes were significantly enriched: the cytokine–cytokine receptor interaction ( P = 0.002) and the Wnt signalling ( P = 0.012). From the 417 genes interacting in these two pathways, 10 showed an excess of nominal associations, including a known asthma susceptibility locus (encoding SMAD family member 3) and other novel candidate genes. From the latter, association studies of 14 selected SNP s evidenced replication in a locus near the frizzled class receptor 6 ( FZD 6 ) gene ( P = 9.90 × 10 −4 ), which had a consistent direction of effects with the GWAS findings (meta‐analysed odds ratio = 1.49; P = 5.87 × 10 −6 ) and was in high linkage disequilibrium with expression quantitative trait loci in lung tissues. Conclusions and Clinical Relevance This study revealed the importance of two biological pathways in asthma pathogenesis and identified a novel susceptibility locus near Wnt signalling genes.

Gene-level analysis of ImmunoChip or genome-wide association studies (GWAS) data has not been previously reported for systemic sclerosis (SSc, scleroderma). The objective of this study was to analyze genetic susceptibility loci in SSc at the gene level and to determine if the detected associations were shared in African-American and White populations, using data from ImmunoChip and GWAS genotyping studies. The White sample included 1833 cases and 3466 controls (956 cases and 2741 controls from the US and 877 cases and 725 controls from Spain) and the African American sample, 291 cases and 260 controls. In both Whites and African Americans, we performed a gene-level analysis that integrates association statistics in a gene possibly harboring multiple SNPs with weak effect on disease risk, using Versatile Gene-based Association Study (VEGAS) software. The SNP-level analysis was performed using PLINK v.1.07. We identified 4 novel candidate genes (STAT1, FCGR2C, NIPSNAP3B, and SCT) significantly associated and 4 genes (SERBP1, PINX1, TMEM175 and EXOC2) suggestively associated with SSc in the gene level analysis in White patients. As an exploratory analysis we compared the results on Whites with those from African Americans. Of previously established susceptibility genes identified in Whites, only TNFAIP3 was significant at the nominal level (p = 6.13x10-3) in African Americans in the gene-level analysis of the ImmunoChip data. Among the top suggestive novel genes identified in Whites based on the ImmunoChip data, FCGR2C and PINX1 were only nominally significant in African Americans (p = 0.016 and p = 0.028, respectively), while among the top novel genes identified in the gene-level analysis in African Americans, UNC5C (p = 5.57x10-4) and CLEC16A (p = 0.0463) were also nominally significant in Whites. We also present the gene-level analysis of SSc clinical and autoantibody phenotypes among Whites. Our findings need to be validated by independent studies, particularly due to the limited sample size of African Americans.

The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a severe inflammatory disease manifested as a result of pulmonary and systemic responses to several insults. It is now well accepted that genetic variation influences these responses. However, little is known about the genes that are responsible for patient susceptibility and outcome of ARDS. Methodological flaws are still abundant among genetic association studies with ARDS and here, we aimed to highlight the quality criteria where the standards have not been reached, to expose the associated genes to facilitate replication attempts, and to provide quick-reference guidance for future studies. We conducted a PubMed search from January 2008 to September 2012 for original articles. Studies were considered if a statistically significant association was declared with either susceptibility or outcomes of all-cause ARDS. Fourteen criteria were used for evaluation and results were compared to those from a previous quality assessment report. Significant improvements affecting study design and statistical analysis were detected. However, major issues such as adjustments for the underlying population stratification and replication studies remain poorly addressed.

Acute lung injury (ALI) is a severe inflammatory process of the lung. The only proven life-saving support is mechanical ventilation (MV) using low tidal volumes (LVT) plus moderate to high levels of positive end-expiratory pressure (PEEP). However, it is currently unknown how they exert the protective effects. To identify the molecular mechanisms modulated by protective MV, this study reports transcriptomic analyses based on microarray and microRNA sequencing in lung tissues from a clinically relevant animal model of sepsis-induced ALI. Sepsis was induced by cecal ligation and puncture (CLP) in male Sprague-Dawley rats. At 24 hours post-CLP, septic animals were randomized to three ventilatory strategies: spontaneous breathing, LVT (6 ml/kg) plus 10 cmH2O PEEP and high tidal volume (HVT, 20 ml/kg) plus 2 cmH2O PEEP. Healthy, non-septic, non-ventilated animals served as controls. After 4 hours of ventilation, lung samples were obtained for histological examination and gene expression analysis using microarray and microRNA sequencing. Validations were assessed using parallel analyses on existing publicly available genome-wide association study findings and transcriptomic human data. The catalogue of deregulated processes differed among experimental groups. The 'response to microorganisms' was the most prominent biological process in septic, non-ventilated and in HVT animals. Unexpectedly, the 'neuron projection morphogenesis' process was one of the most significantly deregulated in LVT. Further support for the key role of the latter process was obtained by microRNA studies, as four species targeting many of its genes (Mir-27a, Mir-103, Mir-17-5p and Mir-130a) were found deregulated. Additional analyses revealed 'VEGF signaling' as a central underlying response mechanism to all the septic groups (spontaneously breathing or mechanically ventilated). Based on this data, we conclude that a co-deregulation of 'VEGF signaling' along with 'neuron projection morphogenesis', which have been never anticipated in ALI pathogenesis, promotes lung-protective effects of LVT with high levels of PEEP.

The purpose of this study was to investigate whether common variants across the nuclear factor erythroid 2-like 2 (NFE2L2) gene contribute to the development of the acute respiratory distress syndrome (ARDS) in patients with severe sepsis. NFE2L2 is involved in the response to oxidative stress, and it has been shown to be associated with the development of ARDS in trauma patients.We performed a case-control study of 321 patients fulfilling international criteria for severe sepsis and ARDS who were admitted to a Spanish network of post-surgical and critical care units, as well as 871 population-based controls. Six tagging single-nucleotide polymorphisms (SNPs) of NFE2L2 were genotyped, and, after further imputation of additional 34 SNPs, association testing with ARDS susceptibility was conducted using logistic regression analysis.After multiple testing adjustments, our analysis revealed 10 non-coding SNPs in tight linkage disequilibrium (0.75 ≤ r (2) ≤ 1) that were associated with ARDS susceptibility as a single association signal. One of those SNPs (rs672961) was previously associated with trauma-induced ARDS and modified the promoter activity of the NFE2L2 gene, showing an odds ratio of 1.93 per T allele (95 % confidence interval, 1.17-3.18; p = 0.0089).Our findings support the involvement of NFE2L2 gene variants in ARDS susceptibility and reinforce further exploration of the role of oxidant stress response as a risk factor for ARDS in critically ill patients.

Numerous candidate gene and linkage studies have identified loci associated with asthma susceptibility. Recently, the analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) from the entire genome by means of genome-wide association studies (GWASs) has provided new insights about asthma pathogenesis. However, these GWASs have revealed a handful of firm asthma susceptibility genes, explaining a small proportion of the disease heritability.1Meyers D.A. Bleecker E.R. Holloway J.W. Holgate S.T. Asthma genetics and personalised medicine.Lancet Respir Med. 2014; 2: 405-415Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (78) Google Scholar Genetic risk can vary among different populations. In previous GWASs Spanish subjects were poorly represented. We hypothesized that a GWAS of asthma in Spanish subjects examining the comprehensive catalogue of genetic variation from the 1000 Genomes Project could reveal new susceptibility genes. Here we performed the first GWAS of asthma in a Spanish population using a 3-stage design analyzing a total of 1180 cases and 1915 control subjects. A workflow with the study design is shown in Fig 1, and Methods are described in this article's Online Repository at www.jacionline.org. Demographic and clinical features of the samples are shown in Table E1 in this article's Online Repository at www.jacionline.org. Association analysis of 6,467,565 genetic variants with asthma in the discovery stage from the Genetics of Asthma (GOA) study in the Spanish population showed no major inflation effects caused by population stratification (genomic control value λGC = 1.038, see Fig E1 in this article's Online Repository at www.jacionline.org). Although none of the variants were associated at the genome-wide level, we identified 337 variants spanning 68 independent loci with suggestive significance at a P value of 5.0 × 10−5 or less (see Fig E1). For replication, we focused on 19 loci with suggestive significance both for genotyped and imputed variants and that were not identified in previous studies (ie, IL33 and IL1RL1-IL18R1).2Moffatt M.F. Gut I.G. Demenais F. Strachan D.P. Bouzigon E. Heath S. et al.A large-scale, consortium-based genomewide association study of asthma.N Engl J Med. 2010; 363: 1211-1221Crossref PubMed Scopus (1489) Google Scholar, 3Torgerson D.G. Ampleford E.J. Chiu G.Y. Gauderman W.J. Gignoux C.R. Graves P.E. et al.Meta-analysis of genome-wide association studies of asthma in ethnically diverse North American populations.Nat Genet. 2011; 43: 887-892Crossref PubMed Scopus (618) Google Scholar From those loci, with independence of the significance level of the imputed variants, we prioritized 1 genotyped variant for subsequent genotyping in replication sample 1 (see Table E2 in this article's Online Repository at www.jacionline.org). Only 2 SNPs were nominally associated with asthma with the same direction of effects as in the discovery stage (rs17199249 and rs9866261, see Table E3 in this article's Online Repository at www.jacionline.org). The SNP rs17199249 is located near bone morphogenetic protein receptor type 2 gene (BMPR2; see Fig E2 in this article's Online Repository at www.jacionline.org), and its minor allele (G allele) was a risk factor for asthma susceptibility in both the discovery (odds ratio [OR], 1.09; P = 3.03 × 10−5) and replication sample 1 (OR, 1.30; P = .039) studies. The rs9866261 is an intronic variant from ADAM metallopeptidase with thrombospondin type 1 motif, 9 gene (ADAMTS9; see Fig E2) with a minor allele (G allele) that is associated with risk for asthma both in the discovery (OR, 1.56; P = 2.71 × 10−5) and replication sample 1 (OR, 1.27; P = .026) studies. We followed up those 2 SNPs for replication in a third sample. At this stage, the association of rs9866261 from ADAMTS9 was replicated (OR, 1.93; P = .007; Table I). No heterogeneity was detected across the 3 stages (P = .165, Cochran Q test) and a fixed-effects meta-analysis attained near genome-wide significance (OR, 1.45; P = 1.31 × 10−7; Table I).Table IAssociation results of the 2 SNPs followed up in all 3 stages of the studyStagers17199249 (BMPR2)rs9866261 (ADAMTS9)MAF casesMAF control subjectsOR (95% CI)∗ORs refer to the minor allele of each polymorphism (G allele).P valueMAF casesMAF control subjectsOR (95% CI)∗ORs refer to the minor allele of each polymorphism (G allele).P valueDiscovery phase (352 cases/537 control subjects)0.1120.1031.09 (1.05-1.14)3.03 × 10−50.1640.1121.56 (1.27-1.92)2.71 × 10−5Replication 1 (482 cases/1209 control subjects)0.1100.0861.30 (1.01-1.67).0390.1580.1251.27 (1.03-1.92).026Replication 2 (346 cases/169 control subjects)0.0840.1070.78 (0.50-1.20).2570.1260.0701.93 (1.20-3.09).007Meta-analysis†Results from a fixed-effect meta-analysis are shown because no heterogeneity was found among studies based on the Cochran Q test (P value >.12). (1180 cases/1915 control subjects)——1.09 (1.03-1.16)3.25 × 10−3——1.45 (1.26-1.66)1.31 × 10−7BMPR2, Bone morphogenetic protein receptor type 2; MAF, minor allele frequency.∗ ORs refer to the minor allele of each polymorphism (G allele).† Results from a fixed-effect meta-analysis are shown because no heterogeneity was found among studies based on the Cochran Q test (P value >.12). Open table in a new tab BMPR2, Bone morphogenetic protein receptor type 2; MAF, minor allele frequency. Finally, we identified in the bibliography 55 SNPs from 35 loci that were associated with asthma at a P value of less than 5.0 × 10−8 in previous studies (see Table E4 in this article's Online Repository at www.jacionline.org). We found evidence of replication for 14 of those SNPs (1.99 × 10−6 ≤ P value ≤ .038, see Table E5 in this article's Online Repository at www.jacionline.org), 12 of which had consistent effects and were located in 6 firm susceptibility loci (IL1RL1-IL18R1, RAD50-IL13, IL33, LRRC32, ORMDL3-GSDMB, and IKZF3). ADAMTS9 is highly expressed in the lungs. This disintegrin and metalloproteinase is involved in the extracellular matrix turnover of versican, among other proteoglycans, a process that has a key role in embryogenesis, tissue morphogenesis, and maintenance. Increased production of large extracellular matrix versican has been implicated in asthma pathogenesis,4Nihlberg K. Andersson-Sjoland A. Tufvesson E. Erjefalt J.S. Bjermer L. Westergren-Thorsson G. Altered matrix production in the distal airways of individuals with asthma.Thorax. 2010; 65: 670-676Crossref PubMed Scopus (59) Google Scholar disease severity,4Nihlberg K. Andersson-Sjoland A. Tufvesson E. Erjefalt J.S. Bjermer L. Westergren-Thorsson G. Altered matrix production in the distal airways of individuals with asthma.Thorax. 2010; 65: 670-676Crossref PubMed Scopus (59) Google Scholar, 5Weitoft M. Andersson C. Andersson-Sjoland A. Tufvesson E. Bjermer L. Erjefalt J. et al.Controlled and uncontrolled asthma display distinct alveolar tissue matrix compositions.Respir Res. 2014; 15: 67Crossref PubMed Scopus (47) Google Scholar and airway remodeling contributing to the persistent airway obstruction and decrease in lung function observed in asthmatic patients.6Chiappara G. Gagliardo R. Siena A. Bonsignore M.R. Bousquet J. Bonsignore G. et al.Airway remodelling in the pathogenesis of asthma.Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2001; 1: 85-93Crossref PubMed Scopus (126) Google Scholar The SNP rs9866261 or SNPs in high linkage disequilibrium (LD) with it are not expression quantitative trait loci, but this SNP is in high LD (r2 = 0.80) with rs9311896, which is located in a regulatory region of the gene in fetal lung tissue, as indicated by DNase I–hypersensitive experiments and by the presence of enhancer histone marks according to ENCODE data. Despite this evidence, ADAMTS9 has never been associated with asthma or any related traits by using GWASs or candidate-gene association studies. This could be due to the fact that this SNP was described for the first time by the 1000 Genomes Project. Therefore it is not present in HapMap, the reference data used for imputation in most of previous GWASs of asthma, including the 2 largest meta-analyses.2Moffatt M.F. Gut I.G. Demenais F. Strachan D.P. Bouzigon E. Heath S. et al.A large-scale, consortium-based genomewide association study of asthma.N Engl J Med. 2010; 363: 1211-1221Crossref PubMed Scopus (1489) Google Scholar, 3Torgerson D.G. Ampleford E.J. Chiu G.Y. Gauderman W.J. Gignoux C.R. Graves P.E. et al.Meta-analysis of genome-wide association studies of asthma in ethnically diverse North American populations.Nat Genet. 2011; 43: 887-892Crossref PubMed Scopus (618) Google Scholar However, 2 SNPs in high LD with rs9866261 (r2 ≥ 0.8) were tested in the GABRIEL consortium2Moffatt M.F. Gut I.G. Demenais F. Strachan D.P. Bouzigon E. Heath S. et al.A large-scale, consortium-based genomewide association study of asthma.N Engl J Med. 2010; 363: 1211-1221Crossref PubMed Scopus (1489) Google Scholar but were not associated with asthma in that meta-analysis (P = .343 for rs4688470 and P = .400 for rs9311896). This result could be due to the different ancestral composition of the case-control sample analyzed in our study, which included greater African ancestry compared with other European populations (see Fig E3 in this article's Online Repository at www.jacionline.org). ADAMTS9 has been previously associated with waist-hip ratio, type 2 diabetes, age-related macular degeneration, and anthropometric traits based on GWAS findings and in secondary analyses with obesity, cholesterol, and fasting insulin.7Heid I.M. Jackson A.U. Randall J.C. Winkler T.W. Qi L. Steinthorsdottir V. et al.Meta-analysis identifies 13 new loci associated with waist-hip ratio and reveals sexual dimorphism in the genetic basis of fat distribution.Nat Genet. 2010; 42: 949-960Crossref PubMed Scopus (718) Google Scholar, 8Fritsche L.G. Chen W. Schu M. Yaspan B.L. Yu Y. Thorleifsson G. et al.Seven new loci associated with age-related macular degeneration.Nat Genet. 2013; 45: 433-439Crossref PubMed Scopus (615) Google Scholar, 9Liu C.T. Monda K.L. Taylor K.C. Lange L. Demerath E.W. Palmas W. et al.Genome-wide association of body fat distribution in African ancestry populations suggests new loci.PLoS Genet. 2013; 9: e1003681Crossref PubMed Scopus (97) Google Scholar This result is not surprising given that there are other firm susceptibility genes, such as SMAD3, that have been implicated both in patients with asthma2Moffatt M.F. Gut I.G. Demenais F. Strachan D.P. Bouzigon E. Heath S. et al.A large-scale, consortium-based genomewide association study of asthma.N Engl J Med. 2010; 363: 1211-1221Crossref PubMed Scopus (1489) Google Scholar, 10Ferreira M.A. Matheson M.C. Tang C.S. Granell R. Ang W. Hui J. et al.Genome-wide association analysis identifies 11 risk variants associated with the asthma with hay fever phenotype.J Allergy Clin Immunol. 2014; 133: 1564-1571Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (148) Google Scholar and those with type 2 diabetes.11Dong C. Tang L. Liu Z. Bu S. Liu Q. Wang Q. et al.Landscape of the relationship between type 2 diabetes and coronary heart disease through an integrated gene network analysis.Gene. 2014; 539: 30-36Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar Similarly, the association of ADAMTS9 with obesity and cholesterol levels supports the genetic and epidemiologic data linking both traits with asthma.12Visness C.M. London S.J. Daniels J.L. Kaufman J.S. Yeatts K.B. Siega-Riz A.M. et al.Association of childhood obesity with atopic and nonatopic asthma: results from the National Health and Nutrition Examination Survey 1999-2006.J Asthma. 2010; 47: 822-829Crossref PubMed Scopus (144) Google Scholar, 13Al-Shawwa B. Al-Huniti N. Titus G. Abu-Hasan M. Hypercholesterolemia is a potential risk factor for asthma.J Asthma. 2006; 43: 231-233Crossref PubMed Scopus (70) Google Scholar We cannot rule out that the association with asthma can be confounded by obesity because no body mass index data are available among control subjects in the GOA studies. However, among cases from all 3 stages, the SNP rs9866261 was not associated with body mass index (P = .354). This study has some limitations regarding the selection of control subjects. In the discovery stage no information regarding history of asthma or other respiratory diseases was available, and the control subjects differed in age distribution compared with the cases. This could lead to misclassification of asthma cases as control subjects, reducing the statistical power to detect an association. In the replication studies sex representation, age distribution, or both also differed by case-control status. However, we confirmed the association of 12 SNPs from 6 genes identified in previous GWASs, reinforcing the validity of the findings from our study. The most significant associations corresponded to the IL1RL1-IL18R1 and IL33 loci, where several variants would be significant, even after applying a conservative Bonferroni adjustment for multiple testing (0.05/55, P < 9.0 × 10−4). The lack of replication of some of the loci previously associated with asthma could be due to the different asthma subphenotype analyzed, the fact that some of previous associations are population-specific (ie, PYHIN1 in African Americans),3Torgerson D.G. Ampleford E.J. Chiu G.Y. Gauderman W.J. Gignoux C.R. Graves P.E. et al.Meta-analysis of genome-wide association studies of asthma in ethnically diverse North American populations.Nat Genet. 2011; 43: 887-892Crossref PubMed Scopus (618) Google Scholar the existence of different LD patterns among populations, or our limited statistical power. In conclusion, we identified a suggestive genome-wide significant association of ADAMTS9 with asthma in Spanish subjects. Replication in independent studies will be needed to establish the generalizability of this finding. Download .doc (.19 MB) Help with doc files Online Repository TextFig E2View Large Image Figure ViewerDownload Hi-res image Download (PPT)Fig E3View Large Image Figure ViewerDownload Hi-res image Download (PPT)

Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is one of the main causes of mortality in adults admitted to intensive care units. Previous studies have demonstrated the existence of genetic variants involved in the susceptibility and outcomes of this syndrome. We aimed to identify novel genes implicated in sepsis-induced ARDS susceptibility.We first performed a prioritization of candidate genes by integrating our own genomic data from a transcriptomic study in an animal model of ARDS and from the only published genome-wide association study of ARDS study in humans. Then, we selected single nucleotide polymorphisms (SNPs) from prioritized genes to conduct a case-control discovery association study in patients with sepsis-induced ARDS (n = 225) and population-based controls (n = 899). Finally, we validated our findings in an independent sample of 661 sepsis-induced ARDS cases and 234 at-risk controls.Three candidate genes were prioritized: dynein cytoplasmic-2 heavy chain-1, fms-related tyrosine kinase 1 (FLT1), and integrin alpha-1. Of those, a SNP from FLT1 gene (rs9513106) was associated with ARDS in the discovery study, with an odds ratio (OR) for the C allele of 0.76, 95% confidence interval (CI) 0.58-0.98 (p = 0.037). This result was replicated in an independent study (OR = 0.78, 95% CI = 0.62-0.98, p = 0.039), showing consistent direction of effects in a meta-analysis (OR = 0.77, 95% CI = 0.65-0.92, p = 0.003).We identified FLT1 as a novel ARDS susceptibility gene and demonstrated that integration of genomic data can be a valid procedure to identify novel susceptibility genes. These results contribute to previous firm associations and functional evidences implicating FLT1 gene in other complex traits that are mechanistically linked, through the key role of endothelium, to the pathophysiology of ARDS.