Abstract Circular RNAs (circRNAs) are broadly expressed in eukaryotic cells, but their molecular mechanism in human disease remains obscure. Here we show that circular antisense non-coding RNA in the INK4 locus ( circANRIL ), which is transcribed at a locus of atherosclerotic cardiovascular disease on chromosome 9p21, confers atheroprotection by controlling ribosomal RNA (rRNA) maturation and modulating pathways of atherogenesis. CircANRIL binds to pescadillo homologue 1 (PES1), an essential 60S-preribosomal assembly factor, thereby impairing exonuclease-mediated pre-rRNA processing and ribosome biogenesis in vascular smooth muscle cells and macrophages. As a consequence, circANRIL induces nucleolar stress and p53 activation, resulting in the induction of apoptosis and inhibition of proliferation, which are key cell functions in atherosclerosis. Collectively, these findings identify circANRIL as a prototype of a circRNA regulating ribosome biogenesis and conferring atheroprotection, thereby showing that circularization of long non-coding RNAs may alter RNA function and protect from human disease.

Trait-associated genetic variants affect complex phenotypes primarily via regulatory mechanisms on the transcriptome. To investigate the genetics of gene expression, we performed cis- and trans-expression quantitative trait locus (eQTL) analyses using blood-derived expression from 31,684 individuals through the eQTLGen Consortium. We detected cis-eQTL for 88% of genes, and these were replicable in numerous tissues. Distal trans-eQTL (detected for 37% of 10,317 trait-associated variants tested) showed lower replication rates, partially due to low replication power and confounding by cell type composition. However, replication analyses in single-cell RNA-seq data prioritized intracellular trans-eQTL. Trans-eQTL exerted their effects via several mechanisms, primarily through regulation by transcription factors. Expression of 13% of the genes correlated with polygenic scores for 1,263 phenotypes, pinpointing potential drivers for those traits. In summary, this work represents a large eQTL resource, and its results serve as a starting point for in-depth interpretation of complex phenotypes. Analyses of expression profiles from whole blood of 31,684 individuals identify cis-expression quantitative trait loci (eQTL) effects for 88% of genes and trans-eQTL effects for 37% of trait-associated variants.

Richard Watanabe and colleagues of the MAGIC consortium report meta-analyses of genome-wide association studies to glucose levels two hours after an oral glucose challenge. They identify variants in GIPR associated with glucose and insulin responses. Glucose levels 2 h after an oral glucose challenge are a clinical measure of glucose tolerance used in the diagnosis of type 2 diabetes. We report a meta-analysis of nine genome-wide association studies (n = 15,234 nondiabetic individuals) and a follow-up of 29 independent loci (n = 6,958–30,620). We identify variants at the GIPR locus associated with 2-h glucose level (rs10423928, β (s.e.m.) = 0.09 (0.01) mmol/l per A allele, P = 2.0 × 10−15). The GIPR A-allele carriers also showed decreased insulin secretion (n = 22,492; insulinogenic index, P = 1.0 × 10−17; ratio of insulin to glucose area under the curve, P = 1.3 × 10−16) and diminished incretin effect (n = 804; P = 4.3 × 10−4). We also identified variants at ADCY5 (rs2877716, P = 4.2 × 10−16), VPS13C (rs17271305, P = 4.1 × 10−8), GCKR (rs1260326, P = 7.1 × 10−11) and TCF7L2 (rs7903146, P = 4.2 × 10−10) associated with 2-h glucose. Of the three newly implicated loci (GIPR, ADCY5 and VPS13C), only ADCY5 was found to be associated with type 2 diabetes in collaborating studies (n = 35,869 cases, 89,798 controls, OR = 1.12, 95% CI 1.09–1.15, P = 4.8 × 10−18).

The chromosome 9p21 (Chr9p21) locus of coronary artery disease has been identified in the first surge of genome-wide association and is the strongest genetic factor of atherosclerosis known today. Chr9p21 encodes the long non-coding RNA (ncRNA) antisense non-coding RNA in the INK4 locus (ANRIL). ANRIL expression is associated with the Chr9p21 genotype and correlated with atherosclerosis severity. Here, we report on the molecular mechanisms through which ANRIL regulates target-genes in trans, leading to increased cell proliferation, increased cell adhesion and decreased apoptosis, which are all essential mechanisms of atherogenesis. Importantly, trans-regulation was dependent on Alu motifs, which marked the promoters of ANRIL target genes and were mirrored in ANRIL RNA transcripts. ANRIL bound Polycomb group proteins that were highly enriched in the proximity of Alu motifs across the genome and were recruited to promoters of target genes upon ANRIL over-expression. The functional relevance of Alu motifs in ANRIL was confirmed by deletion and mutagenesis, reversing trans-regulation and atherogenic cell functions. ANRIL-regulated networks were confirmed in 2280 individuals with and without coronary artery disease and functionally validated in primary cells from patients carrying the Chr9p21 risk allele. Our study provides a molecular mechanism for pro-atherogenic effects of ANRIL at Chr9p21 and suggests a novel role for Alu elements in epigenetic gene regulation by long ncRNAs.

The autophagy adaptor WDFY3 is linked to neurodevelopmental delay and altered brain size. Loss-of-function variants are associated with an increased brain size in both humans and mice. We thus, hypothesized that the microcephaly observed in some of the patients may be related to a gain-of-function of the WDFY3 gene product. While the role of WDFY3 loss-of-function has been studied extensively in neurons, little is known about the effects of WDFY3 overexpression in different neural cell types. We utilized a Drosophila melanogaster overexpression model to investigate the effect of the WDFY3 ortholog Bchs (blue cheese) on development, CNS size, and gene expression profiles. Glial and neuronal overexpression of Bchs impaired CNS development, locomotion and autophagy. Glial overexpression of Bchs also altered CNS size significantly. We identified 79 genes that were differentially expressed and overlapped in flies that overexpress Bchs in glial and neuronal cells, respectively. Additionally, upon neuronal Bchs overexpression differentially expressed genes clustered in gene ontology categories associated with autophagy and mitochondria. Our data indicate that WDFY3/Bchs overexpression in both neurons and glial cells results in impaired neural development, which corresponds to symptoms observed in WDFY3-related neurodevelopmental delay.

While many disease-associated variants have been identified through genome-wide association studies, their downstream molecular consequences remain unclear. To identify these effects, we performed cis- and trans-expression quantitative trait locus (eQTL) analysis in blood from 31,684 individuals through the eQTLGen Consortium. We observed that cis-eQTLs can be detected for 88% of the studied genes, but that they have a different genetic architecture compared to disease-associated variants, limiting our ability to use cis-eQTLs to pinpoint causal genes within susceptibility loci. In contrast, trans-eQTLs (detected for 37% of 10,317 studied trait-associated variants) were more informative. Multiple unlinked variants, associated to the same complex trait, often converged on trans-genes that are known to play central roles in disease etiology. We observed the same when ascertaining the effect of polygenic scores calculated for 1,263 genome-wide association study (GWAS) traits. Expression levels of 13% of the studied genes correlated with polygenic scores, and many resulting genes are known to drive these traits.