Modern genotyping platforms permit a systematic search for inherited components of complex diseases. We performed a joint analysis of two genomewide association studies of coronary artery disease.

Although plasma proteins have important roles in biological processes and are the direct targets of many drugs, the genetic factors that control inter-individual variation in plasma protein levels are not well understood. Here we characterize the genetic architecture of the human plasma proteome in healthy blood donors from the INTERVAL study. We identify 1,927 genetic associations with 1,478 proteins, a fourfold increase on existing knowledge, including trans associations for 1,104 proteins. To understand the consequences of perturbations in plasma protein levels, we apply an integrated approach that links genetic variation with biological pathway, disease, and drug databases. We show that protein quantitative trait loci overlap with gene expression quantitative trait loci, as well as with disease-associated loci, and find evidence that protein biomarkers have causal roles in disease using Mendelian randomization analysis. By linking genetic factors to diseases via specific proteins, our analyses highlight potential therapeutic targets, opportunities for matching existing drugs with new disease indications, and potential safety concerns for drugs under development. A genetic atlas of the human plasma proteome, comprising 1,927 genetic associations with 1,478 proteins, identifies causes of disease and potential drug targets.

A BLUEPRINT of immune cell development To determine the epigenetic mechanisms that direct blood cells to develop into the many components of our immune system, the BLUEPRINT consortium examined the regulation of DNA and RNA transcription to dissect the molecular traits that govern blood cell differentiation. By inducing immune responses, Saeed et al. document the epigenetic changes in the genome that underlie immune cell differentiation. Cheng et al. demonstrate that trained monocytes are highly dependent on the breakdown of sugars in the presence of oxygen, which allows cells to produce the energy needed to mount an immune response. Chen et al. examine RNA transcripts and find that specific cell lineages use RNA transcripts of different length and composition (isoforms) to form proteins. Together, the studies reveal how epigenetic effects can drive the development of blood cells involved in the immune system. Science , this issue 10.1126/science.1251086 , 10.1126/science.1250684 , 10.1126/science.1251033

We have genotyped 14,436 nonsynonymous SNPs (nsSNPs) and 897 major histocompatibility complex (MHC) tag SNPs from 1,000 independent cases of ankylosing spondylitis (AS), autoimmune thyroid disease (AITD), multiple sclerosis (MS) and breast cancer (BC). Comparing these data against a common control dataset derived from 1,500 randomly selected healthy British individuals, we report initial association and independent replication in a North American sample of two new loci related to ankylosing spondylitis, ARTS1 and IL23R, and confirmation of the previously reported association of AITD with TSHR and FCRL3. These findings, enabled in part by increased statistical power resulting from the expansion of the control reference group to include individuals from the other disease groups, highlight notable new possibilities for autoimmune regulation and suggest that IL23R may be a common susceptibility factor for the major 'seronegative' diseases.

To identify common variants influencing body mass index (BMI), we analyzed genome-wide association data from 16,876 individuals of European descent. After previously reported variants in FTO, the strongest association signal (rs17782313, P = 2.9 × 10−6) mapped 188 kb downstream of MC4R (melanocortin-4 receptor), mutations of which are the leading cause of monogenic severe childhood-onset obesity. We confirmed the BMI association in 60,352 adults (per-allele effect = 0.05 Z-score units; P = 2.8 × 10−15) and 5,988 children aged 7–11 (0.13 Z-score units; P = 1.5 × 10−8). In case-control analyses (n = 10,583), the odds for severe childhood obesity reached 1.30 (P = 8.0 × 10−11). Furthermore, we observed overtransmission of the risk allele to obese offspring in 660 families (P (pedigree disequilibrium test average; PDT-avg) = 2.4 × 10−4). The SNP location and patterns of phenotypic associations are consistent with effects mediated through altered MC4R function. Our findings establish that common variants near MC4R influence fat mass, weight and obesity risk at the population level and reinforce the need for large-scale data integration to identify variants influencing continuous biomedical traits.

Many common variants have been associated with hematological traits, but identification of causal genes and pathways has proven challenging. We performed a genome-wide association analysis in the UK Biobank and INTERVAL studies, testing 29.5 million genetic variants for association with 36 red cell, white cell, and platelet properties in 173,480 European-ancestry participants. This effort yielded hundreds of low frequency (<5%) and rare (<1%) variants with a strong impact on blood cell phenotypes. Our data highlight general properties of the allelic architecture of complex traits, including the proportion of the heritable component of each blood trait explained by the polygenic signal across different genome regulatory domains. Finally, through Mendelian randomization, we provide evidence of shared genetic pathways linking blood cell indices with complex pathologies, including autoimmune diseases, schizophrenia, and coronary heart disease and evidence suggesting previously reported population associations between blood cell indices and cardiovascular disease may be non-causal.

The Myocardial Infarction Genetics Consortium reports results of a genome-wide association study of early-onset myocardial infarction. The study analyzed common SNPs, common CNVs and rare CNVs and identified SNP alleles at three new loci associated with disease risk. We conducted a genome-wide association study testing single nucleotide polymorphisms (SNPs) and copy number variants (CNVs) for association with early-onset myocardial infarction in 2,967 cases and 3,075 controls. We carried out replication in an independent sample with an effective sample size of up to 19,492. SNPs at nine loci reached genome-wide significance: three are newly identified (21q22 near MRPS6-SLC5A3-KCNE2, 6p24 in PHACTR1 and 2q33 in WDR12) and six replicated prior observations1,2,3,4 (9p21, 1p13 near CELSR2-PSRC1-SORT1, 10q11 near CXCL12, 1q41 in MIA3, 19p13 near LDLR and 1p32 near PCSK9). We tested 554 common copy number polymorphisms (>1% allele frequency) and none met the pre-specified threshold for replication (P < 10−3). We identified 8,065 rare CNVs but did not detect a greater CNV burden in cases compared to controls, in genes compared to the genome as a whole, or at any individual locus. SNPs at nine loci were reproducibly associated with myocardial infarction, but tests of common and rare CNVs failed to identify additional associations with myocardial infarction risk.

Long-range interactions between regulatory elements and gene promoters play key roles in transcriptional regulation. The vast majority of interactions are uncharted, constituting a major missing link in understanding genome control. Here, we use promoter capture Hi-C to identify interacting regions of 31,253 promoters in 17 human primary hematopoietic cell types. We show that promoter interactions are highly cell type specific and enriched for links between active promoters and epigenetically marked enhancers. Promoter interactomes reflect lineage relationships of the hematopoietic tree, consistent with dynamic remodeling of nuclear architecture during differentiation. Interacting regions are enriched in genetic variants linked with altered expression of genes they contact, highlighting their functional role. We exploit this rich resource to connect non-coding disease variants to putative target promoters, prioritizing thousands of disease-candidate genes and implicating disease pathways. Our results demonstrate the power of primary cell promoter interactomes to reveal insights into genomic regulatory mechanisms underlying common diseases.

Abstract The SARS-CoV-2 Omicron BA.1 variant emerged in 2021 1 and has multiple mutations in its spike protein 2 . Here we show that the spike protein of Omicron has a higher affinity for ACE2 compared with Delta, and a marked change in its antigenicity increases Omicron’s evasion of therapeutic monoclonal and vaccine-elicited polyclonal neutralizing antibodies after two doses. mRNA vaccination as a third vaccine dose rescues and broadens neutralization. Importantly, the antiviral drugs remdesivir and molnupiravir retain efficacy against Omicron BA.1. Replication was similar for Omicron and Delta virus isolates in human nasal epithelial cultures. However, in lung cells and gut cells, Omicron demonstrated lower replication. Omicron spike protein was less efficiently cleaved compared with Delta. The differences in replication were mapped to the entry efficiency of the virus on the basis of spike-pseudotyped virus assays. The defect in entry of Omicron pseudotyped virus to specific cell types effectively correlated with higher cellular RNA expression of TMPRSS2 , and deletion of TMPRSS2 affected Delta entry to a greater extent than Omicron. Furthermore, drug inhibitors targeting specific entry pathways 3 demonstrated that the Omicron spike inefficiently uses the cellular protease TMPRSS2, which promotes cell entry through plasma membrane fusion, with greater dependency on cell entry through the endocytic pathway. Consistent with suboptimal S1/S2 cleavage and inability to use TMPRSS2, syncytium formation by the Omicron spike was substantially impaired compared with the Delta spike. The less efficient spike cleavage of Omicron at S1/S2 is associated with a shift in cellular tropism away from TMPRSS2-expressing cells, with implications for altered pathogenesis.