The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study because reduced reproduction rates result in negative selection pressure on risk alleles. To date, some copy number variations have been linked to schizophrenia but the studies have been relatively small. Now two independent large-scale genome-wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus but also reveal novel associations. In the first study, a collaboration between SGENE and partners, de novo (spontaneous) copy number variants are reported on chromosomes 1 and 15. In the second study, by the International Schizophrenia Consortium, deletions were also reported on these chromosomes, as was greater overall frequency of copy number variation in the genome. The genetics of schizophrenia and other mental disorders are complex and poorly understood, and made even harder to study due to reduced reproduction resulting in negative selection pressure on risk alleles. Two independent large-scale genome wide studies of thousands of patients and controls by two international consortia confirm a previously identified locus, but also reveal novel associations. In this study, de novo (spontaneous) copy number variants are reported on chromosomes 1 and 15. Reduced fecundity, associated with severe mental disorders1, places negative selection pressure on risk alleles and may explain, in part, why common variants have not been found that confer risk of disorders such as autism2, schizophrenia3 and mental retardation4. Thus, rare variants may account for a larger fraction of the overall genetic risk than previously assumed. In contrast to rare single nucleotide mutations, rare copy number variations (CNVs) can be detected using genome-wide single nucleotide polymorphism arrays. This has led to the identification of CNVs associated with mental retardation4,5 and autism2. In a genome-wide search for CNVs associating with schizophrenia, we used a population-based sample to identify de novo CNVs by analysing 9,878 transmissions from parents to offspring. The 66 de novo CNVs identified were tested for association in a sample of 1,433 schizophrenia cases and 33,250 controls. Three deletions at 1q21.1, 15q11.2 and 15q13.3 showing nominal association with schizophrenia in the first sample (phase I) were followed up in a second sample of 3,285 cases and 7,951 controls (phase II). All three deletions significantly associate with schizophrenia and related psychoses in the combined sample. The identification of these rare, recurrent risk variants, having occurred independently in multiple founders and being subject to negative selection, is important in itself. CNV analysis may also point the way to the identification of additional and more prevalent risk variants in genes and pathways involved in schizophrenia.

The cause of schizophrenia is unknown, but it has a significant genetic component. Pharmacologic studies, studies of gene expression in man, and studies of mouse mutants suggest involvement of glutamate and dopamine neurotransmitter systems. However, so far, strong association has not been found between schizophrenia and variants of the genes encoding components of these systems. Here, we report the results of a genomewide scan of schizophrenia families in Iceland; these results support previous work, done in five populations, showing that schizophrenia maps to chromosome 8p. Extensive fine-mapping of the 8p locus and haplotype-association analysis, supplemented by a transmission/disequilibrium test, identifies neuregulin 1 (NRG1) as a candidate gene for schizophrenia. NRG1 is expressed at central nervous system synapses and has a clear role in the expression and activation of neurotransmitter receptors, including glutamate receptors. Mutant mice heterozygous for either NRG1 or its receptor, ErbB4, show a behavioral phenotype that overlaps with mouse models for schizophrenia. Furthermore, NRG1 hypomorphs have fewer functional NMDA receptors than wild-type mice. We also demonstrate that the behavioral phenotypes of the NRG1 hypomorphs are partially reversible with clozapine, an atypical antipsychotic drug used to treat schizophrenia.

Based on its symptoms, schizophrenia has been considered a discrete disease, and yet genome-wide association studies for copy number variations (CNVs) associated with the disease have revealed that some CNVs confer high relative risk of schizophrenia but also of other psychiatric disorders. But CNVs can affect several genes. Now, a genome-wide association of single nucleotide polymorphisms (SNPs) using data from several large genome-wide scans reveals significant associations to individual loci that implicate immunity, brain development, memory and cognition in predisposition to schizophrenia. Here, in the first of three papers on the genetics of schizophrenia, a genome-wide association study of single nucleotide polymorphisms using data from several large genome-wide scans reveals significant associations to individual loci that implicate perturbations in immunity, brain development, memory and cognition in the predisposition to schizophrenia. Schizophrenia is a complex disorder, caused by both genetic and environmental factors and their interactions. Research on pathogenesis has traditionally focused on neurotransmitter systems in the brain, particularly those involving dopamine. Schizophrenia has been considered a separate disease for over a century, but in the absence of clear biological markers, diagnosis has historically been based on signs and symptoms. A fundamental message emerging from genome-wide association studies of copy number variations (CNVs) associated with the disease is that its genetic basis does not necessarily conform to classical nosological disease boundaries. Certain CNVs confer not only high relative risk of schizophrenia but also of other psychiatric disorders1,2,3. The structural variations associated with schizophrenia can involve several genes and the phenotypic syndromes, or the ‘genomic disorders’, have not yet been characterized4. Single nucleotide polymorphism (SNP)-based genome-wide association studies with the potential to implicate individual genes in complex diseases may reveal underlying biological pathways. Here we combined SNP data from several large genome-wide scans and followed up the most significant association signals. We found significant association with several markers spanning the major histocompatibility complex (MHC) region on chromosome 6p21.3-22.1, a marker located upstream of the neurogranin gene (NRGN) on 11q24.2 and a marker in intron four of transcription factor 4 (TCF4) on 18q21.2. Our findings implicating the MHC region are consistent with an immune component to schizophrenia risk, whereas the association with NRGN and TCF4 points to perturbation of pathways involved in brain development, memory and cognition.

Schizophrenia is a common disorder with high heritability and a 10-fold increase in risk to siblings of probands. Replication has been inconsistent for reports of significant genetic linkage. To assess evidence for linkage across studies, rank-based genome scan meta-analysis (GSMA) was applied to data from 20 schizophrenia genome scans. Each marker for each scan was assigned to 1 of 120 30-cM bins, with the bins ranked by linkage scores (1 = most significant) and the ranks averaged across studies (Ravg) and then weighted for sample size ( N[affected cases]). A permutation test was used to compute the probability of observing, by chance, each bin’s average rank (PAvgRnk) or of observing it for a bin with the same place (first, second, etc.) in the order of average ranks in each permutation (Pord). The GSMA produced significant genomewide evidence for linkage on chromosome 2q (PAvgRnk<.000417). Two aggregate criteria for linkage were also met (clusters of nominally significant P values that did not occur in 1,000 replicates of the entire data set with no linkage present): 12 consecutive bins with both PAvgRnk and Pord<.05, including regions of chromosomes 5q, 3p, 11q, 6p, 1q, 22q, 8p, 20q, and 14p, and 19 consecutive bins with Pord<.05, additionally including regions of chromosomes 16q, 18q, 10p, 15q, 6q, and 17q. There is greater consistency of linkage results across studies than has been previously recognized. The results suggest that some or all of these regions contain loci that increase susceptibility to schizophrenia in diverse populations. Schizophrenia is a common disorder with high heritability and a 10-fold increase in risk to siblings of probands. Replication has been inconsistent for reports of significant genetic linkage. To assess evidence for linkage across studies, rank-based genome scan meta-analysis (GSMA) was applied to data from 20 schizophrenia genome scans. Each marker for each scan was assigned to 1 of 120 30-cM bins, with the bins ranked by linkage scores (1 = most significant) and the ranks averaged across studies (Ravg) and then weighted for sample size ( N[affected cases]). A permutation test was used to compute the probability of observing, by chance, each bin’s average rank (PAvgRnk) or of observing it for a bin with the same place (first, second, etc.) in the order of average ranks in each permutation (Pord). The GSMA produced significant genomewide evidence for linkage on chromosome 2q (PAvgRnk<.000417). Two aggregate criteria for linkage were also met (clusters of nominally significant P values that did not occur in 1,000 replicates of the entire data set with no linkage present): 12 consecutive bins with both PAvgRnk and Pord<.05, including regions of chromosomes 5q, 3p, 11q, 6p, 1q, 22q, 8p, 20q, and 14p, and 19 consecutive bins with Pord<.05, additionally including regions of chromosomes 16q, 18q, 10p, 15q, 6q, and 17q. There is greater consistency of linkage results across studies than has been previously recognized. The results suggest that some or all of these regions contain loci that increase susceptibility to schizophrenia in diverse populations.

The restless legs syndrome (RLS) is a common neurologic disorder characterized by an irresistible urge to move the legs. It is a major cause of sleep disruption. Periodic limb movements in sleep are detectable in most patients with RLS and represent an objective physiological metric.

Deletions within the neurexin 1 gene (NRXN1; 2p16.3) are associated with autism and have also been reported in two families with schizophrenia. We examined NRXN1, and the closely related NRXN2 and NRXN3 genes, for copy number variants (CNVs) in 2977 schizophrenia patients and 33 746 controls from seven European populations (Iceland, Finland, Norway, Germany, The Netherlands, Italy and UK) using microarray data. We found 66 deletions and 5 duplications in NRXN1, including a de novo deletion: 12 deletions and 2 duplications occurred in schizophrenia cases (0.47%) compared to 49 and 3 (0.15%) in controls. There was no common breakpoint and the CNVs varied from 18 to 420 kb. No CNVs were found in NRXN2 or NRXN3. We performed a Cochran–Mantel–Haenszel exact test to estimate association between all CNVs and schizophrenia (P = 0.13; OR = 1.73; 95% CI 0.81–3.50). Because the penetrance of NRXN1 CNVs may vary according to the level of functional impact on the gene, we next restricted the association analysis to CNVs that disrupt exons (0.24% of cases and 0.015% of controls). These were significantly associated with a high odds ratio (P = 0.0027; OR 8.97, 95% CI 1.8–51.9). We conclude that NRXN1 deletions affecting exons confer risk of schizophrenia.

OBJECTIVE: Imaging studies of schizophrenia have repeatedly demonstrated global abnormalities of cerebral and ventricular volumes. However, pathological changes at more local levels of brain organization have not yet been so clearly characterized because of the few brain regions of interest heretofore included in morphometric analyses as well as heterogeneity of patient samples. METHOD: Dual echo magnetic resonance imaging (MRI) data were acquired at 1.5 T from 27 right-handed patients who met DSM-IV criteria for schizophrenia with enduring negative symptoms and from 27 healthy comparison subjects. Between-group differences in gray and white matter volume were estimated at each intracerebral voxel after registration of the images in standard space. The relationship between clinical symptom scores and brain structure was also examined within the patient group. Spatial statistics and permutation tests were used for inference. RESULTS: Significant deficits of gray matter volume in the patient group were found at three main locations: 1) the left superior temporal gyrus and insular cortex, 2) the left medial temporal lobe (including the parahippocampal gyrus and hippocampus), and 3) the anterior cingulate and medial frontal gyri. The volume of these three regions combined was 14% lower in the patients relative to the comparison subjects. White matter deficits were found in similar locations in the left temporal lobe and extended into the left frontal lobe. The patient group showed a relative excess of gray matter volume in the basal ganglia. Within the patient group, basal ganglia gray matter volume was positively correlated with positive symptom scores. CONCLUSIONS: Anatomical abnormalities in these schizophrenic patients with marked negative symptoms were most evident in left hemispheric neocortical and limbic regions and related white matter tracts. These data are compatible with models that depict schizophrenia as a supraregional disorder of multiple, distributed brain regions and the axonal connections between them.

Deletions and reciprocal duplications of the chromosome 16p13.1 region have recently been reported in several cases of autism and mental retardation (MR). As genomic copy number variants found in these two disorders may also associate with schizophrenia, we examined 4345 schizophrenia patients and 35 079 controls from 8 European populations for duplications and deletions at the 16p13.1 locus, using microarray data. We found a threefold excess of duplications and deletions in schizophrenia cases compared with controls, with duplications present in 0.30% of cases versus 0.09% of controls (P=0.007) and deletions in 0.12 % of cases and 0.04% of controls (P>0.05). The region can be divided into three intervals defined by flanking low copy repeats. Duplications spanning intervals I and II showed the most significant (P=0.00010) association with schizophrenia. The age of onset in duplication and deletion carriers among cases ranged from 12 to 35 years, and the majority were males with a family history of psychiatric disorders. In a single Icelandic family, a duplication spanning intervals I and II was present in two cases of schizophrenia, and individual cases of alcoholism, attention deficit hyperactivity disorder and dyslexia. Candidate genes in the region include NTAN1 and NDE1. We conclude that duplications and perhaps also deletions of chromosome 16p13.1, previously reported to be associated with autism and MR, also confer risk of schizophrenia.