David van Heel and colleagues report results of a large genome-wide association study of celiac disease. Most of the associated loci contain genes with immune functions, and over half harbor risk variants that are correlated with variation in cis gene expression. We performed a second-generation genome-wide association study of 4,533 individuals with celiac disease (cases) and 10,750 control subjects. We genotyped 113 selected SNPs with PGWAS < 10−4 and 18 SNPs from 14 known loci in a further 4,918 cases and 5,684 controls. Variants from 13 new regions reached genome-wide significance (Pcombined < 5 × 10−8); most contain genes with immune functions (BACH2, CCR4, CD80, CIITA-SOCS1-CLEC16A, ICOSLG and ZMIZ1), with ETS1, RUNX3, THEMIS and TNFRSF14 having key roles in thymic T-cell selection. There was evidence to suggest associations for a further 13 regions. In an expression quantitative trait meta-analysis of 1,469 whole blood samples, 20 of 38 (52.6%) tested loci had celiac risk variants correlated (P < 0.0028, FDR 5%) with cis gene expression.

David van Heel, Cisca Wijmenga and colleagues used a custom, high-density genotyping chip to examine 183 immune-related loci for their role in celiac disease. They report 13 new regions associated with celiac disease risk, identify multiple independent signals at several loci and refine the localization of many previously reported risk signals. Using variants from the 1000 Genomes Project pilot European CEU dataset and data from additional resequencing studies, we densely genotyped 183 non-HLA risk loci previously associated with immune-mediated diseases in 12,041 individuals with celiac disease (cases) and 12,228 controls. We identified 13 new celiac disease risk loci reaching genome-wide significance, bringing the number of known loci (including the HLA locus) to 40. We found multiple independent association signals at over one-third of these loci, a finding that is attributable to a combination of common, low-frequency and rare genetic variants. Compared to previously available data such as those from HapMap3, our dense genotyping in a large sample collection provided a higher resolution of the pattern of linkage disequilibrium and suggested localization of many signals to finer scale regions. In particular, 29 of the 54 fine-mapped signals seemed to be localized to single genes and, in some instances, to gene regulatory elements. Altogether, we define the complex genetic architecture of the risk regions of and refine the risk signals for celiac disease, providing the next step toward uncovering the causal mechanisms of the disease.

Two inflammatory disorders, type 1 diabetes and celiac disease, cosegregate in populations, suggesting a common genetic origin. Since both diseases are associated with the HLA class II genes on chromosome 6p21, we tested whether non-HLA loci are shared.

Our genome-wide association study of celiac disease previously identified risk variants in the IL2–IL21 region. To identify additional risk variants, we genotyped 1,020 of the most strongly associated non-HLA markers in an additional 1,643 cases and 3,406 controls. Through joint analysis including the genome-wide association study data (767 cases, 1,422 controls), we identified seven previously unknown risk regions (P < 5 × 10−7). Six regions harbor genes controlling immune responses, including CCR3, IL12A, IL18RAP, RGS1, SH2B3 (nsSNP rs3184504) and TAGAP. Whole-blood IL18RAP mRNA expression correlated with IL18RAP genotype. Type 1 diabetes and celiac disease share HLA-DQ, IL2–IL21, CCR3 and SH2B3 risk regions. Thus, this extensive genome-wide association follow-up study has identified additional celiac disease risk variants in relevant biological pathways.

Summary

Background

 Anti-TNF drugs are effective treatments for the management of Crohn's disease but treatment failure is common. We aimed to identify clinical and pharmacokinetic factors that predict primary non-response at week 14 after starting treatment, non-remission at week 54, and adverse events leading to drug withdrawal. 

Methods

 The personalised anti-TNF therapy in Crohn's disease study (PANTS) is a prospective observational UK-wide study. We enrolled anti-TNF-naive patients (aged ≥6 years) with active luminal Crohn's disease at the time of first exposure to infliximab or adalimumab between March 7, 2013, and July 15, 2016. Patients were evaluated for 12 months or until drug withdrawal. Demographic data, smoking status, age at diagnosis, disease duration, location, and behaviour, previous medical and drug history, and previous Crohn's disease-related surgeries were recorded at baseline. At every visit, disease activity score, weight, therapy, and adverse events were recorded; drug and total anti-drug antibody concentrations were also measured. Treatment failure endpoints were primary non-response at week 14, non-remission at week 54, and adverse events leading to drug withdrawal. We used regression analyses to identify which factors were associated with treatment failure. 

Findings

 We enrolled 955 patients treated with infliximab (753 with originator; 202 with biosimilar) and 655 treated with adalimumab. Primary non-response occurred in 295 (23·8%, 95% CI 21·4–26·2) of 1241 patients who were assessable at week 14. Non-remission at week 54 occurred in 764 (63·1%, 60·3–65·8) of 1211 patients who were assessable, and adverse events curtailed treatment in 126 (7·8%, 6·6–9·2) of 1610 patients. In multivariable analysis, the only factor independently associated with primary non-response was low drug concentration at week 14 (infliximab: odds ratio 0·35 [95% CI 0·20–0·62], p=0·00038; adalimumab: 0·13 [0·06–0·28], p<0·0001); the optimal week 14 drug concentrations associated with remission at both week 14 and week 54 were 7 mg/L for infliximab and 12 mg/L for adalimumab. Continuing standard dosing regimens after primary non-response was rarely helpful; only 14 (12·4% [95% CI 6·9–19·9]) of 113 patients entered remission by week 54. Similarly, week 14 drug concentration was also independently associated with non-remission at week 54 (0·29 [0·16–0·52] for infliximab; 0·03 [0·01–0·12] for adalimumab; p<0·0001 for both). The proportion of patients who developed anti-drug antibodies (immunogenicity) was 62·8% (95% CI 59·0–66·3) for infliximab and 28·5% (24·0–32·7) for adalimumab. For both drugs, suboptimal week 14 drug concentrations predicted immunogenicity, and the development of anti-drug antibodies predicted subsequent low drug concentrations. Combination immunomodulator (thiopurine or methotrexate) therapy mitigated the risk of developing anti-drug antibodies (hazard ratio 0·39 [95% CI 0·32–0·46] for infliximab; 0·44 [0·31–0·64] for adalimumab; p<0·0001 for both). For infliximab, multivariable analysis of immunododulator use, and week 14 drug and anti-drug antibody concentrations showed an independent effect of immunomodulator use on week 54 non-remission (odds ratio 0·56 [95% CI 0·38–0·83], p=0·004). 

Interpretation

 Anti-TNF treatment failure is common and is predicted by low drug concentrations, mediated in part by immunogenicity. Clinical trials are required to investigate whether personalised induction regimens and treatment-to-target dose intensification improve outcomes. 

Funding

 Guts UK, Crohn's and Colitis UK, Cure Crohn's Colitis, AbbVie, Merck Sharp and Dohme, Napp Pharmaceuticals, Pfizer, and Celltrion.

We conducted a search for protein truncating variants conferring protection against inflammatory bowel disease exploiting knowledge of common variants associated with the same disease. We found that a protein truncating variant (rs36095412, p.R179X, genotyped in 11,148 ulcerative colitis patients and 295,446 controls, MAF = up to 0.78%) in RNF186, a single-exon ring finger E3 ligase with strong colonic expression, protects against ulcerative colitis (overall P = 6.89×10 -7 , odds ratio (OR) = 0.30). We further demonstrate that the truncated protein is expressed, suggesting the protective mechanism may reside in the loss of an interaction or function via mislocalization or loss of an essential protein element.

As part of a broader collaborative network of exome sequencing studies, we developed a jointly called data set of 5,685 Ashkenazi Jewish exomes. We make publicly available a resource of site and allele frequencies, which should serve as a reference for medical genetics in the Ashkenazim. We estimate that 30% of protein-coding alleles present in the Ashkenazi Jewish population at frequencies greater than 0.2% are significantly more frequent (mean 7.6-fold) than their maximum frequency observed in other reference populations. Arising via a well-described founder effect, this catalog of enriched alleles can contribute to differences in genetic risk and overall prevalence of diseases between populations. As validation we document 151 AJ enriched protein-altering alleles that overlap with ``pathogenic" ClinVar alleles, including those that account for 10-100 fold differences in prevalence between AJ and non-AJ populations of some rare diseases including Gaucher disease (GBA, p.Asn409Ser, 8-fold enrichment); Canavan disease (ASPA, p.Glu285Ala, 12-fold enrichment); and Tay-Sachs disease (HEXA, c.1421+1G>C, 27-fold enrichment; p.Tyr427IlefsTer5, 12-fold enrichment). We next sought to use this catalog, of well-established relevance to Mendelian disease, to explore Crohn's disease, a common disease with an estimated two to four-fold excess prevalence in AJ. We specifically evaluate whether strong acting rare alleles, enriched by the same founder-effect, contribute excess genetic risk to Crohn's disease in AJ, and find that ten rare genetic risk factors in NOD2 and LRRK2 are strongly enriched in AJ, including several novel contributing alleles, show evidence of association to CD. Independently, we find that genomewide common variant risk defined by GWAS shows a strong difference between AJ and non-AJ European control population samples (0.97 s.d. higher, p<10-16). Taken together, the results suggest coordinated selection in AJ population for higher CD risk alleles in general. The results and approach illustrate the value of exome sequencing data in case-control studies along with reference data sets like ExAC to pinpoint genetic variation that contributes to variable disease predisposition across populations.

Genetic association studies have identified 210 risk loci for inflammatory bowel disease, which have revealed fundamental aspects of the molecular biology of the disease, including the roles of autophagy and Th17 cell signaling and development. We performed a genome-wide association study of 25,305 individuals, and meta-analyzed with published summary statistics, yielding a total sample size of 59,957 subjects. We identified 26 new genome-wide significant loci, three of which contain integrin genes that encode molecules in pathways identified as important therapeutic targets in inflammatory bowel disease. The associated variants are also correlated with expression changes in response to immune stimulus at two of these genes (ITGA4, ITGB8) and at two previously implicated integrin loci (ITGAL, ICAM1). In all four cases, the stimulus-dependent expression increasing allele also increases disease risk. We applied summary statistic fine-mapping and identified likely causal missense variants in the primary immune deficiency gene PLCG2 and the negative regulator of inflammation, SLAMF8. Our results demonstrate that new common variant associations continue to identify genes and pathways of relevance to therapeutic target identification and prioritization.

Background: Anti-tumour necrosis factor (anti-TNF) therapies are the most widely used biologic therapies for treating immune-mediated diseases. Their efficacy is significantly reduced by the development of anti-drug antibodies which can lead to treatment failure and adverse reactions. The biological mechanisms underlying antibody development are unknown but the ability to identify subjects at higher risk would have significant clinical benefits. Methods: The PANTS cohort consists of Crohn's disease patients recruited prior to first administration of anti-TNF, with serial measurements of anti-drug antibody titres. We performed a genome-wide association study across 1240 individuals from this cohort to identify genetic variants associated with anti-drug antibody development. Findings: The Human Leukocyte Antigen allele, HLA-DQA1*05, carried by approximately 40% of Europeans, significantly increased the rate of anti-drug antibody development (hazard ratio [HR], 1.90; 95% confidence interval [CI], 1.60 to 2.25; P=5.88*10-13). This association was consistent for patients treated with adalimumab (HR, 1.89; 95% CI, 1.32 to 2.70) and infliximab (HR, 1.92; 95% CI, 1.57 to 2.33), and for patients treated with mono- (HR, 1.75; 95% CI, 1.37 to 2.22) or combination therapy with immunomodulators (HR, 2.0; 95% CI, 1.57 to 2.58). Interpretation: HLA-DQA1*05 is significantly associated with an increased rate of anti-drug antibody formation in patients with Crohn's disease treated with infliximab and adalimumab. Pre-treatment HLA-DQA1*05 genetic testing may help personalise the choice of anti-TNF therapy and allow the targeted use of immunomodulator therapy to minimise risk and maximise response.