A key public health need is to identify individuals at high risk for a given disease to enable enhanced screening or preventive therapies. Because most common diseases have a genetic component, one important approach is to stratify individuals based on inherited DNA variation1. Proposed clinical applications have largely focused on finding carriers of rare monogenic mutations at several-fold increased risk. Although most disease risk is polygenic in nature2–5, it has not yet been possible to use polygenic predictors to identify individuals at risk comparable to monogenic mutations. Here, we develop and validate genome-wide polygenic scores for five common diseases. The approach identifies 8.0, 6.1, 3.5, 3.2, and 1.5% of the population at greater than threefold increased risk for coronary artery disease, atrial fibrillation, type 2 diabetes, inflammatory bowel disease, and breast cancer, respectively. For coronary artery disease, this prevalence is 20-fold higher than the carrier frequency of rare monogenic mutations conferring comparable risk6. We propose that it is time to contemplate the inclusion of polygenic risk prediction in clinical care, and discuss relevant issues. Genome-wide polygenic risk scores derived from GWAS data for five common diseases can identify subgroups of the population with risk approaching or exceeding that of a monogenic mutation.

Summary

Background

 Comprehensive long-term data on atrial fibrillation trends in men and women are scant. We aimed to provide such data through analysis of the Framingham cohort over 50 years. 

Methods

 We investigated trends in incidence, prevalence, and risk factors for atrial fibrillation and its association with stroke and mortality after onset in 9511 participants enrolled in the Framingham Heart Study between 1958 and 2007. We analysed trends within 10 year groups (1958–67, 1968–77, 1978–87, 1988–97, and 1998–2007), stratified by sex. 

Findings

 During 50 years of observation (202 417 person-years), 1544 cases of new-onset atrial fibrillation occurred (of whom 723 [47%] were women). Between 1958–67 and 1998–2007, age-adjusted prevalence of atrial fibrillation quadrupled from 20·4 to 96·2 cases per 1000 person-years in men and from 13·7 to 49·4 cases per 1000 person-years in women; age-adjusted incidence increased from 3·7 to 13·4 new cases per 1000 person-years in men and from 2·5 to 8·6 new cases per 1000 person-years in women (p_trend<0·0001 for all comparisons). For atrial fibrillation diagnosed by electrocardiograph (ECG) during routine Framingham examinations, age-adjusted prevalence per 1000 person-years increased (12·6 in 1958–67 to 25·7 in 1998–2007 in men, p_trend=0·0007; 8·1 to 11·8 in women, p_trend=0·009). However, age-adjusted incidence of atrial fibrillation by Framingham Heart Study ECGs did not change significantly with time. Although the prevalence of most risk factors changed over time, their associated hazards for atrial fibrillation changed little. Multivariable-adjusted proportional hazards models revealed a 74% (95% CI 50–86%) decrease in stroke (hazards ratio [HR] 3·77, 95% CI 1·98–7·20 in 1958–1967 compared with 1998–2007; p_trend=0·0001) and a 25% (95% CI −3–46%) decrease in mortality (HR 1·34, 95% CI 0·97–1·86 in 1958–1967 compared with 1998–2007; p_trend=0·003) in 20 years following atrial fibrillation onset. 

Interpretation

 Trends of increased incidence and prevalence of atrial fibrillation in the community were probably partly due to enhanced surveillance. Measures are needed to enhance early detection of atrial fibrillation, through increased awareness coupled with targeted screening programmes and risk factor-specific prevention. 

Funding

 NIH, NHLBI, NINDS, Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Background Tools for the prediction of atrial fibrillation ( AF ) may identify high‐risk individuals more likely to benefit from preventive interventions and serve as a benchmark to test novel putative risk factors. Methods and Results Individual‐level data from 3 large cohorts in the U nited S tates (Atherosclerosis Risk in Communities [ ARIC ] study, the Cardiovascular Health Study [ CHS ], and the Framingham Heart Study [ FHS ]), including 18 556 men and women aged 46 to 94 years (19% A frican A mericans, 81% whites) were pooled to derive predictive models for AF using clinical variables. Validation of the derived models was performed in 7672 participants from the Age, Gene and Environment—Reykjavik study ( AGES ) and the Rotterdam Study ( RS ). The analysis included 1186 incident AF cases in the derivation cohorts and 585 in the validation cohorts. A simple 5‐year predictive model including the variables age, race, height, weight, systolic and diastolic blood pressure, current smoking, use of antihypertensive medication, diabetes, and history of myocardial infarction and heart failure had good discrimination (C‐statistic, 0.765; 95% CI , 0.748 to 0.781). Addition of variables from the electrocardiogram did not improve the overall model discrimination (C‐statistic, 0.767; 95% CI , 0.750 to 0.783; categorical net reclassification improvement, −0.0032; 95% CI , −0.0178 to 0.0113). In the validation cohorts, discrimination was acceptable ( AGES C‐statistic, 0.664; 95% CI , 0.632 to 0.697 and RS C‐statistic, 0.705; 95% CI , 0.664 to 0.747) and calibration was adequate. Conclusion A risk model including variables readily available in primary care settings adequately predicted AF in diverse populations from the U nited S tates and E urope.

Atrial fibrillation (AF) and heart failure (HF) frequently coexist and together confer an adverse prognosis. The association of AF with HF subtypes has not been well described. We sought to examine differences in the temporal association of AF and HF with preserved versus reduced ejection fraction.We studied Framingham Heart Study participants with new-onset AF or HF between 1980 and 2012. Among 1737 individuals with new AF (mean age, 75±12 years; 48% women), more than one third (37%) had HF. Conversely, among 1166 individuals with new HF (mean age, 79±11 years; 53% women), more than half (57%) had AF. Prevalent AF was more strongly associated with incident HF with preserved ejection fraction (multivariable-adjusted hazard ratio [HR], 2.34; 95% confidence interval [CI], 1.48-3.70; no AF as referent) versus HF with reduced ejection fraction (HR, 1.32; 95% CI, 0.83-2.10), with a trend toward difference between HF subtypes (P for difference=0.06). Prevalent HF was associated with incident AF (HR, 2.18; 95% CI, 1.26-3.76; no HF as referent). The presence of both AF and HF portended greater mortality risk compared with neither condition, particularly among individuals with new HF with reduced ejection fraction and prevalent AF (HR, 2.72; 95% CI, 2.12-3.48) compared with new HF with preserved ejection fraction and prevalent AF (HR, 1.83; 95% CI, 1.41-2.37; P for difference=0.02).AF occurs in more than half of individuals with HF, and HF occurs in more than one third of individuals with AF. AF precedes and follows HF with both preserved and reduced ejection fraction, with some differences in temporal association and prognosis. Future studies focused on underlying mechanisms of these dual conditions are warranted.

Age is the dominant risk factor for most chronic human diseases, but the mechanisms through which ageing confers this risk are largely unknown1. The age-related acquisition of somatic mutations that lead to clonal expansion in regenerating haematopoietic stem cell populations has recently been associated with both haematological cancer2–4 and coronary heart disease5—this phenomenon is termed clonal haematopoiesis of indeterminate potential (CHIP)6. Simultaneous analyses of germline and somatic whole-genome sequences provide the opportunity to identify root causes of CHIP. Here we analyse high-coverage whole-genome sequences from 97,691 participants of diverse ancestries in the National Heart, Lung, and Blood Institute Trans-omics for Precision Medicine (TOPMed) programme, and identify 4,229 individuals with CHIP. We identify associations with blood cell, lipid and inflammatory traits that are specific to different CHIP driver genes. Association of a genome-wide set of germline genetic variants enabled the identification of three genetic loci associated with CHIP status, including one locus at TET2 that was specific to individuals of African ancestry. In silico-informed in vitro evaluation of the TET2 germline locus enabled the identification of a causal variant that disrupts a TET2 distal enhancer, resulting in increased self-renewal of haematopoietic stem cells. Overall, we observe that germline genetic variation shapes haematopoietic stem cell function, leading to CHIP through mechanisms that are specific to clonal haematopoiesis as well as shared mechanisms that lead to somatic mutations across tissues. Analysis of 97,691 high-coverage human blood DNA-derived whole-genome sequences enabled simultaneous identification of germline and somatic mutations that predispose individuals to clonal expansion of haematopoietic stem cells, indicating that both inherited and acquired mutations are linked to age-related cancers and coronary heart disease.

Patrick Ellinor and colleagues report a genome-wide association study identifying variants in KCNN3 associated to lone atrial fibrillation. Atrial fibrillation (AF) is the most common sustained arrhythmia. Previous studies have identified several genetic loci associated with typical AF. We sought to identify common genetic variants underlying lone AF. This condition affects a subset of individuals without overt heart disease and with an increased heritability of AF. We report a meta-analysis of genome-wide association studies conducted using 1,335 individuals with lone AF (cases) and 12,844 unaffected individuals (referents). Cases were obtained from the German AF Network, Heart and Vascular Health Study, the Atherosclerosis Risk in Communities Study, the Cleveland Clinic and Massachusetts General Hospital. We identified an association on chromosome 1q21 to lone AF (rs13376333, adjusted odds ratio = 1.56; P = 6.3 × 10−12), and we replicated this association in two independent cohorts with lone AF (overall combined odds ratio = 1.52, 95% CI 1.40–1.64; P = 1.83 × 10−21). rs13376333 is intronic to KCNN3, which encodes a potassium channel protein involved in atrial repolarization.

Circulating proteins are vital in human health and disease and are frequently used as biomarkers for clinical decision-making or as targets for pharmacological intervention. Here, we map and replicate protein quantitative trait loci (pQTL) for 90 cardiovascular proteins in over 30,000 individuals, resulting in 451 pQTLs for 85 proteins. For each protein, we further perform pathway mapping to obtain trans-pQTL gene and regulatory designations. We substantiate these regulatory findings with orthogonal evidence for trans-pQTLs using mouse knockdown experiments (ABCA1 and TRIB1) and clinical trial results (chemokine receptors CCR2 and CCR5), with consistent regulation. Finally, we evaluate known drug targets, and suggest new target candidates or repositioning opportunities using Mendelian randomization. This identifies 11 proteins with causal evidence of involvement in human disease that have not previously been targeted, including EGF, IL-16, PAPPA, SPON1, F3, ADM, CASP-8, CHI3L1, CXCL16, GDF15 and MMP-12. Taken together, these findings demonstrate the utility of large-scale mapping of the genetics of the proteome and provide a resource for future precision studies of circulating proteins in human health. Folkersen et al. report the first results from the SCALLOP consortium, a collaborative framework for pQTL mapping and biomarker analysis of proteins on the Olink platform. A total of 315 primary and 136 secondary pQTLs for 85 circulating cardiovascular proteins from over 30,000 individuals were identified and replicated to yield new insights for translational studies and drug development.

Arne Pfeufer and colleagues report a genome-wide association study of the electrocardiographic measurement of PR interval in seven population-based cohorts in the CHARGE consortium. They identify nine loci associated with PR interval and highlight candidate genes with a role in ion channels and cardiac development. The electrocardiographic PR interval (or PQ interval) reflects atrial and atrioventricular nodal conduction, disturbances of which increase risk of atrial fibrillation. We report a meta-analysis of genome-wide association studies for PR interval from seven population-based European studies in the CHARGE Consortium: AGES, ARIC, CHS, FHS, KORA, Rotterdam Study, and SardiNIA (N = 28,517). We identified nine loci associated with PR interval at P < 5 × 10−8. At the 3p22.2 locus, we observed two independent associations in voltage-gated sodium channel genes, SCN10A and SCN5A. Six of the loci were near cardiac developmental genes, including CAV1-CAV2, NKX2-5 (CSX1), SOX5, WNT11, MEIS1, and TBX5-TBX3, providing pathophysiologically interesting candidate genes. Five of the loci, SCN5A, SCN10A, NKX2-5, CAV1-CAV2, and SOX5, were also associated with atrial fibrillation (N = 5,741 cases, P < 0.0056). This suggests a role for common variation in ion channel and developmental genes in atrial and atrioventricular conduction as well as in susceptibility to atrial fibrillation.

We conducted meta-analyses of genome-wide association studies for atrial fibrillation (AF) in participants from five community-based cohorts. Meta-analyses of 896 prevalent (15,768 referents) and 2,517 incident (21,337 referents) AF cases identified a new locus for AF (ZFHX3, rs2106261, risk ratio RR = 1.19; P = 2.3 x 10(-7)). We replicated this association in an independent cohort from the German AF Network (odds ratio = 1.44; P = 1.6 x 10(-11); combined RR = 1.25; combined P = 1.8 x 10(-15)).

Cardiac sarcoidosis (CS) causes substantial morbidity and sudden death. Early diagnosis and risk stratification are warranted.Ambulatory patients with sarcoidosis were interviewed to determine whether they experienced palpitations, syncope, or presyncope, and were evaluated with ECG, Holter monitoring, and echocardiography (transthoracic echocardiogram [TTE]). Those with symptoms or abnormal results were studied with cardiac MRI (CMRI) or positron emission tomography (PET) scanning. The diagnosis of CS was based on abnormalities detected by these imaging studies. Patients with CS were referred for risk stratification by electrophysiology study (EPS).Among the 62 patients evaluated, the prevalence of CS was 39%. Patients with CS had more cardiac symptoms than those without CS (46% vs 5%, respectively; p < 0.001), and were more likely to have abnormal Holter monitoring findings (50% vs 3%, respectively; p < 0.001) and TTE findings (25% vs 5%, respectively; p = 0.02). The degree of pulmonary impairment did not predict CS. Two of the 17 patients who underwent EPS had abnormal test findings and received implantable cardioverter-defibrillators. No patients died, had ventricular arrhythmias that triggered defibrillator therapy, or had heart failure develop during almost 2 years of follow-up. This diagnostic approach was more sensitive than the established criteria for identifying CS.CS is common among patients with sarcoidosis. A structured clinical assessment incorporating advanced cardiac imaging with PET scanning or CMRI is more sensitive than the established criteria for the identification of CS. Sarcoidal lesions seen on CMRI or PET scanning do not predict arrhythmias in ambulatory patients with preserved cardiac function, who appear to be at low risk for short-term mortality.