We sequenced all protein-coding regions of the genome (the "exome") in two family members with combined hypolipidemia, marked by extremely low plasma levels of low-density lipoprotein (LDL) cholesterol, high-density lipoprotein (HDL) cholesterol, and triglycerides. These two participants were compound heterozygotes for two distinct nonsense mutations in ANGPTL3 (encoding the angiopoietin-like 3 protein). ANGPTL3 has been reported to inhibit lipoprotein lipase and endothelial lipase, thereby increasing plasma triglyceride and HDL cholesterol levels in rodents. Our finding of ANGPTL3 mutations highlights a role for the gene in LDL cholesterol metabolism in humans and shows the usefulness of exome sequencing for identification of novel genetic causes of inherited disorders. (Funded by the National Human Genome Research Institute and others.).

A wealth of genetic associations for cardiovascular and metabolic phenotypes in humans has been accumulating over the last decade, in particular a large number of loci derived from recent genome wide association studies (GWAS). True complex disease-associated loci often exert modest effects, so their delineation currently requires integration of diverse phenotypic data from large studies to ensure robust meta-analyses. We have designed a gene-centric 50 K single nucleotide polymorphism (SNP) array to assess potentially relevant loci across a range of cardiovascular, metabolic and inflammatory syndromes. The array utilizes a “cosmopolitan” tagging approach to capture the genetic diversity across ∼2,000 loci in populations represented in the HapMap and SeattleSNPs projects. The array content is informed by GWAS of vascular and inflammatory disease, expression quantitative trait loci implicated in atherosclerosis, pathway based approaches and comprehensive literature searching. The custom flexibility of the array platform facilitated interrogation of loci at differing stringencies, according to a gene prioritization strategy that allows saturation of high priority loci with a greater density of markers than the existing GWAS tools, particularly in African HapMap samples. We also demonstrate that the IBC array can be used to complement GWAS, increasing coverage in high priority CVD-related loci across all major HapMap populations. DNA from over 200,000 extensively phenotyped individuals will be genotyped with this array with a significant portion of the generated data being released into the academic domain facilitating in silico replication attempts, analyses of rare variants and cross-cohort meta-analyses in diverse populations. These datasets will also facilitate more robust secondary analyses, such as explorations with alternative genetic models, epistasis and gene-environment interactions.

A growing number of single nucleotide polymorphisms (SNPs) have been associated with body mass index (BMI) and obesity, but whether the effect of these obesity susceptibility loci is uniform across the BMI distribution remains unclear. We studied the effects of 37 BMI/obesity-associated SNPs in 75,230 adults of European ancestry along BMI percentiles using conditional quantile regression (CQR) and meta-regression (MR) models. The effects of 9 SNPs (24%) increased significantly across the sample BMI distribution including, FTO (rs1421085, p=8.69x10-15), PCSK1 (rs6235, p=7.11x10-06), TCF7L2 (rs7903146, p=9.60x10-06), MC4R (rs11873305, p=5.08x10-05), FANCL (rs12617233, p=5.30x10-05), GIPR (rs11672660, p=1.64x10-04), MAP2K5 (rs997295, p=3.25x10-04), FTO (rs6499653, p=6.23x10-04) and NT5C2 (rs3824755, p=7.90x10-04). We showed that such increases stem from unadjusted gene interactions that enhanced the effects of SNPs in persons with high BMI. When 125 height-associated were analyzed for comparison, only one (<1%), IGF1 (rs6219, p=1.80x10-04), showed effects that varied significantly across height percentiles. Cumulative gene scores of these SNPs (GS-BMI and GS-Height, respectively) showed that only GS-BMI had effects that increased significantly across the sample distribution (BMI: p=7.03x10-37, Height: p=0.499). Overall, these findings underscore the importance of gene-gene and gene-environment interactions in shaping the genetic architecture of BMI and advance a method to detect such interactions using only the sample outcome distribution.

Background: Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) inhibition reduces plasma concentrations of low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C), apolipoprotein B (apoB) and lipoprotein(a) [Lp(a)]. Atherogenic lipoprotein levels have been linked with calcific aortic valve stenosis (CAVS). Our objectives were to determine the association between variants in PCSK9 and lipoprotein-lipid levels, coronary artery disease (CAD) and CAVS, and to evaluate if PCSK9 could be implicated in aortic valve interstitial cells (VICs) calcification. Methods: We built a genetic risk score weight for LDL-C levels (wGRS) using 10 independent PCSK9 single nucleotide polymorphisms and determined its association with lipoprotein-lipid levels in 9692 participants of the EPIC-Norfolk study. We investigated the association between the wGRS and CAD and CAVS in the UK Biobank, as well as the association between the PCSK9 R46L variant and CAVS in a meta-analysis of published prospective, population-based studies (Copenhagen studies, 1463 cases/101,620 controls) and unpublished studies (UK Biobank, 1350 cases/349,043 controls, Malmo Diet and Cancer study, 682 cases/5963 controls and EPIC-Norfolk study, 508 cases/20,421 controls). We evaluated PCSK9 expression and localization in explanted aortic valves by capillary Western blot and immunohistochemistry in patients with and without CAVS. Von Kossa staining was used to visualize aortic leaflet calcium deposits. PCSK9 expression under oxidative stress conditions in VICs was assessed. Results: The wGRS was significantly associated with lower LDL-C and apoB (p<0.001), but not with Lp(a). In the UK Biobank, the association of PCSK9 variants with CAD were positively correlated with their effects on apoB levels. CAVS was less prevalent in carriers of the PCSK9 R46L variant [odds ratio=0.71 (95% confidence interval, 0.57-0.88), p<0.001]. PCSK9 expression was elevated in the aortic valves of patients with aortic sclerosis and CAVS compared to controls. In calcified leaflets, PCSK9 co-localized with calcium deposits. PCSK9 expression was induced by oxidative stress in VICs. Conclusion: Genetic inhibition of PCSK9 is associated with lifelong reductions in the levels of non-Lp(a) apoB-containing lipoproteins as well as lower odds of CAD and CAVS. PCSK9 is abundant in fibrotic and calcified aortic leaflets. Oxidative stress increases PCSK9 expression in VICs. These results provide a rationale for performing randomized clinical trials of PCSK9 inhibition in CAVS.