Motivated by the vast amount of information that is rapidly accumulating about the human brain in digital form, we embarked upon a program in 1992 to develop a four–dimensional probabilistic atlas and reference system for the human brain. Through an International Consortium for Brain Mapping (ICBM) a dataset is being collected that includes 7000 subjects between the ages of eighteen and ninety years and including 342 mono– and dizygotic twins. Data on each subject includes detailed demographic, clinical, behavioural and imaging information. DNA has been collected for genotyping from 5800 subjects. A component of the programme uses post–mortem tissue to determine the probabilistic distribution of microscopic cyto– and chemoarchitectural regions in the human brain. This, combined with macroscopic information about structure and function derived from subjects in vivo , provides the first large scale opportunity to gain meaningful insights into the concordance or discordance in micro– and macroscopic structure and function. The philosophy, strategy, algorithm development, data acquisition techniques and validation methods are described in this report along with database structures. Examples of results are described for the normal adult human brain as well as examples in patients with Alzheimer's disease and multiple sclerosis. The ability to quantify the variance of the human brain as a function of age in a large population of subjects for whom data is also available about their genetic composition and behaviour will allow for the first assessment of cerebral genotype–phenotype–behavioural correlations in humans to take place in a population this large. This approach and its application should provide new insights and opportunities for investigators interested in basic neuroscience, clinical diagnostics and the evaluation of neuropsychiatric disorders in patients.

To study the effect of host genetics on gut microbiome composition, the MiBioGen consortium curated and analyzed genome-wide genotypes and 16S fecal microbiome data from 18,340 individuals (24 cohorts). Microbial composition showed high variability across cohorts: only 9 of 410 genera were detected in more than 95% of samples. A genome-wide association study of host genetic variation regarding microbial taxa identified 31 loci affecting the microbiome at a genome-wide significant (P < 5 × 10−8) threshold. One locus, the lactase (LCT) gene locus, reached study-wide significance (genome-wide association study signal: P = 1.28 × 10−20), and it showed an age-dependent association with Bifidobacterium abundance. Other associations were suggestive (1.95 × 10−10 < P < 5 × 10−8) but enriched for taxa showing high heritability and for genes expressed in the intestine and brain. A phenome-wide association study and Mendelian randomization identified enrichment of microbiome trait loci in the metabolic, nutrition and environment domains and suggested the microbiome might have causal effects in ulcerative colitis and rheumatoid arthritis. Analysis of human genotypes and 16S microbiome data of 18,473 individuals from 25 cohorts through a genome-wide association study, a phenome-wide association study and Mendelian randomization identifies host genetic and microbial trait associations.

Nilesh Samani and colleagues report a meta-analysis of genome-wide association studies for mean leukocyte telomere length in 37,684 individuals, with replication of selected variants in an additional 10,739 individuals. They identify seven loci associated with mean telomere length, including two that have been associated with several cancers, and also find that alleles associated with shorter telomere length were associated with a higher risk of coronary artery disease. Interindividual variation in mean leukocyte telomere length (LTL) is associated with cancer and several age-associated diseases. We report here a genome-wide meta-analysis of 37,684 individuals with replication of selected variants in an additional 10,739 individuals. We identified seven loci, including five new loci, associated with mean LTL (P < 5 × 10−8). Five of the loci contain candidate genes (TERC, TERT, NAF1, OBFC1 and RTEL1) that are known to be involved in telomere biology. Lead SNPs at two loci (TERC and TERT) associate with several cancers and other diseases, including idiopathic pulmonary fibrosis. Moreover, a genetic risk score analysis combining lead variants at all 7 loci in 22,233 coronary artery disease cases and 64,762 controls showed an association of the alleles associated with shorter LTL with increased risk of coronary artery disease (21% (95% confidence interval, 5–35%) per standard deviation in LTL, P = 0.014). Our findings support a causal role of telomere-length variation in some age-related diseases.

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.

Recent genome-wide association (GWA) studies of lipids have been conducted in samples ascertained for other phenotypes, particularly diabetes. Here we report the first GWA analysis of loci affecting total cholesterol (TC), low-density lipoprotein (LDL) cholesterol, high-density lipoprotein (HDL) cholesterol and triglycerides sampled randomly from 16 population-based cohorts and genotyped using mainly the Illumina HumanHap300-Duo platform. Our study included a total of 17,797-22,562 persons, aged 18-104 years and from geographic regions spanning from the Nordic countries to Southern Europe. We established 22 loci associated with serum lipid levels at a genome-wide significance level (P < 5 x 10(-8)), including 16 loci that were identified by previous GWA studies. The six newly identified loci in our cohort samples are ABCG5 (TC, P = 1.5 x 10(-11); LDL, P = 2.6 x 10(-10)), TMEM57 (TC, P = 5.4 x 10(-10)), CTCF-PRMT8 region (HDL, P = 8.3 x 10(-16)), DNAH11 (LDL, P = 6.1 x 10(-9)), FADS3-FADS2 (TC, P = 1.5 x 10(-10); LDL, P = 4.4 x 10(-13)) and MADD-FOLH1 region (HDL, P = 6 x 10(-11)). For three loci, effect sizes differed significantly by sex. Genetic risk scores based on lipid loci explain up to 4.8% of variation in lipids and were also associated with increased intima media thickness (P = 0.001) and coronary heart disease incidence (P = 0.04). The genetic risk score improves the screening of high-risk groups of dyslipidemia over classical risk factors.

Background To assess the genetic influence on cytokine production and its contribution to fatal outcome, we determined the capacity to produce tumour necrosis factor-α (TNFα) and interleukin-10 (IL-10) in families of patients who had had meningococcal disease. Methods We studied 190 first-degree relatives of 61 patients with meningococcal disease; we also studied 26 monozygotic twins. Production of cytokines was determined during endotoxin stimulation of whole-blood samples ex-vivo. Heritability was estimated in a pedigreebased maximum-likelihood model. DNA was typed for the G to A transition polymorphisms at position −308 and −238 in the TNF gene promoter. Findings Heritability in monozygotic twins was 0·60 for the production of TNF and 0·75 for the production of IL-10. Families with low TNF production had a tenfold increased risk for fatal outcome (OR 8·9, 95% CI 1·8–45), whereas high IL-10 production increased the risk 20-fold (19·5, 2·3–165). Families with both characteristics had the greatest risk. The transition polymorphisms in the TNF gene promoter were not associated with outcome. Interpretation Genetic factors substantially influence production of cytokines. An innate anti-inflammatory cytokine profile may contribute to fatal meningococcal disease.

Gonçalo Abecasis and colleagues report associations with fasting plasma glucose levels in a collection of ten genome–wide association scans from the MAGIC consortium. They find variants in the gene encoding melatonin receptor 1B that are associated with fasting glucose levels and, in a meta-analysis of 13 case-control studies, also show association with increased risk of type 2 diabetes. To identify previously unknown genetic loci associated with fasting glucose concentrations, we examined the leading association signals in ten genome-wide association scans involving a total of 36,610 individuals of European descent. Variants in the gene encoding melatonin receptor 1B (MTNR1B) were consistently associated with fasting glucose across all ten studies. The strongest signal was observed at rs10830963, where each G allele (frequency 0.30 in HapMap CEU) was associated with an increase of 0.07 (95% CI = 0.06–0.08) mmol/l in fasting glucose levels (P = 3.2 × 10−50) and reduced beta-cell function as measured by homeostasis model assessment (HOMA-B, P = 1.1 × 10−15). The same allele was associated with an increased risk of type 2 diabetes (odds ratio = 1.09 (1.05–1.12), per G allele P = 3.3 × 10−7) in a meta-analysis of 13 case-control studies totaling 18,236 cases and 64,453 controls. Our analyses also confirm previous associations of fasting glucose with variants at the G6PC2 (rs560887, P = 1.1 × 10−57) and GCK (rs4607517, P = 1.0 × 10−25) loci.

Kari Stefansson and colleagues report genome-wide meta-analyses for association to smoking behaviors within the population cohorts of the ENGAGE consortium. They report three loci associated to cigarettes smoked per day. Smoking is a common risk factor for many diseases1. We conducted genome-wide association meta-analyses for the number of cigarettes smoked per day (CPD) in smokers (n = 31,266) and smoking initiation (n = 46,481) using samples from the ENGAGE Consortium. In a second stage, we tested selected SNPs with in silico replication in the Tobacco and Genetics (TAG) and Glaxo Smith Kline (Ox-GSK) consortia cohorts (n = 45,691 smokers) and assessed some of those in a third sample of European ancestry (n = 9,040). Variants in three genomic regions associated with CPD (P < 5 × 10−8), including previously identified SNPs at 15q25 represented by rs1051730[A] (effect size = 0.80 CPD, P = 2.4 × 10−69), and SNPs at 19q13 and 8p11, represented by rs4105144[C] (effect size = 0.39 CPD, P = 2.2 × 10−12) and rs6474412-T (effect size = 0.29 CPD, P = 1.4 × 10−8), respectively. Among the genes at the two newly associated loci are genes encoding nicotine-metabolizing enzymes (CYP2A6 and CYP2B6) and nicotinic acetylcholine receptor subunits (CHRNB3 and CHRNA6), all of which have been highlighted in previous studies of smoking and nicotine dependence2,3,4. Nominal associations with lung cancer were observed at both 8p11 (rs6474412[T], odds ratio (OR) = 1.09, P = 0.04) and 19q13 (rs4105144[C], OR = 1.12, P = 0.0006).