Large-scale reference data sets of human genetic variation are critical for the medical and functional interpretation of DNA sequence changes. Here we describe the aggregation and analysis of high-quality exome (protein-coding region) DNA sequence data for 60,706 individuals of diverse ancestries generated as part of the Exome Aggregation Consortium (ExAC). This catalogue of human genetic diversity contains an average of one variant every eight bases of the exome, and provides direct evidence for the presence of widespread mutational recurrence. We have used this catalogue to calculate objective metrics of pathogenicity for sequence variants, and to identify genes subject to strong selection against various classes of mutation; identifying 3,230 genes with near-complete depletion of predicted protein-truncating variants, with 72% of these genes having no currently established human disease phenotype. Finally, we demonstrate that these data can be used for the efficient filtering of candidate disease-causing variants, and for the discovery of human ‘knockout’ variants in protein-coding genes. Exome sequencing data from 60,706 people of diverse geographic ancestry is presented, providing insight into genetic variation across populations, and illuminating the relationship between DNA variants and human disease. As part of the Exome Aggregation Consortium (ExAC) project, Daniel MacArthur and colleagues report on the generation and analysis of high-quality exome sequencing data from 60,706 individuals of diverse ancestry. This provides the most comprehensive catalogue of human protein-coding genetic variation to date, yielding unprecedented resolution for the analysis of very rare variants across multiple human populations. The catalogue is freely accessible and provides a critical reference panel for the clinical interpretation of genetic variants and the discovery of disease-related genes.

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.

Clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP), which is defined as the presence of an expanded somatic blood-cell clone in persons without other hematologic abnormalities, is common among older persons and is associated with an increased risk of hematologic cancer. We previously found preliminary evidence for an association between CHIP and atherosclerotic cardiovascular disease, but the nature of this association was unclear.We used whole-exome sequencing to detect the presence of CHIP in peripheral-blood cells and associated such presence with coronary heart disease using samples from four case-control studies that together enrolled 4726 participants with coronary heart disease and 3529 controls. To assess causality, we perturbed the function of Tet2, the second most commonly mutated gene linked to clonal hematopoiesis, in the hematopoietic cells of atherosclerosis-prone mice.In nested case-control analyses from two prospective cohorts, carriers of CHIP had a risk of coronary heart disease that was 1.9 times as great as in noncarriers (95% confidence interval [CI], 1.4 to 2.7). In two retrospective case-control cohorts for the evaluation of early-onset myocardial infarction, participants with CHIP had a risk of myocardial infarction that was 4.0 times as great as in noncarriers (95% CI, 2.4 to 6.7). Mutations in DNMT3A, TET2, ASXL1, and JAK2 were each individually associated with coronary heart disease. CHIP carriers with these mutations also had increased coronary-artery calcification, a marker of coronary atherosclerosis burden. Hypercholesterolemia-prone mice that were engrafted with bone marrow obtained from homozygous or heterozygous Tet2 knockout mice had larger atherosclerotic lesions in the aortic root and aorta than did mice that had received control bone marrow. Analyses of macrophages from Tet2 knockout mice showed elevated expression of several chemokine and cytokine genes that contribute to atherosclerosis.The presence of CHIP in peripheral-blood cells was associated with nearly a doubling in the risk of coronary heart disease in humans and with accelerated atherosclerosis in mice. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

Approximately 7% of American adults have severe hypercholesterolemia (untreated low-density lipoprotein [LDL] cholesterol ≥190 mg/dl), which may be due to familial hypercholesterolemia (FH). Lifelong LDL cholesterol elevations in FH mutation carriers may confer coronary artery disease (CAD) risk beyond that captured by a single LDL cholesterol measurement. This study assessed the prevalence of an FH mutation among those with severe hypercholesterolemia and determined whether CAD risk varies according to mutation status beyond the observed LDL cholesterol level. Three genes causative for FH (LDLR, APOB, and PCSK9) were sequenced in 26,025 participants from 7 case-control studies (5,540 CAD case subjects, 8,577 CAD-free control subjects) and 5 prospective cohort studies (11,908 participants). FH mutations included loss-of-function variants in LDLR, missense mutations in LDLR predicted to be damaging, and variants linked to FH in ClinVar, a clinical genetics database. Among 20,485 CAD-free control and prospective cohort participants, 1,386 (6.7%) had LDL cholesterol ≥190 mg/dl; of these, only 24 (1.7%) carried an FH mutation. Within any stratum of observed LDL cholesterol, risk of CAD was higher among FH mutation carriers than noncarriers. Compared with a reference group with LDL cholesterol <130 mg/dl and no mutation, participants with LDL cholesterol ≥190 mg/dl and no FH mutation had a 6-fold higher risk for CAD (odds ratio: 6.0; 95% confidence interval: 5.2 to 6.9), whereas those with both LDL cholesterol ≥190 mg/dl and an FH mutation demonstrated a 22-fold increased risk (odds ratio: 22.3; 95% confidence interval: 10.7 to 53.2). In an analysis of participants with serial lipid measurements over many years, FH mutation carriers had higher cumulative exposure to LDL cholesterol than noncarriers. Among participants with LDL cholesterol ≥190 mg/dl, gene sequencing identified an FH mutation in <2%. However, for any observed LDL cholesterol, FH mutation carriers had substantially increased risk for CAD.

The Million Veteran Program (MVP) was established in 2011 as a national research initiative to determine how genetic variation influences the health of US military veterans. Here we genotyped 312,571 MVP participants using a custom biobank array and linked the genetic data to laboratory and clinical phenotypes extracted from electronic health records covering a median of 10.0 years of follow-up. Among 297,626 veterans with at least one blood lipid measurement, including 57,332 black and 24,743 Hispanic participants, we tested up to around 32 million variants for association with lipid levels and identified 118 novel genome-wide significant loci after meta-analysis with data from the Global Lipids Genetics Consortium (total n > 600,000). Through a focus on mutations predicted to result in a loss of gene function and a phenome-wide association study, we propose novel indications for pharmaceutical inhibitors targeting PCSK9 (abdominal aortic aneurysm), ANGPTL4 (type 2 diabetes) and PDE3B (triglycerides and coronary disease). Analysis of genetic data and blood lipid measurements from over 300,000 participants in the Million Veteran Program identifies new associations for blood lipid traits.

This 2022 European Atherosclerosis Society lipoprotein(a) [Lp(a)] consensus statement updates evidence for the role of Lp(a) in atherosclerotic cardiovascular disease (ASCVD) and aortic valve stenosis, provides clinical guidance for testing and treating elevated Lp(a) levels, and considers its inclusion in global risk estimation. Epidemiologic and genetic studies involving hundreds of thousands of individuals strongly support a causal and continuous association between Lp(a) concentration and cardiovascular outcomes in different ethnicities; elevated Lp(a) is a risk factor even at very low levels of low-density lipoprotein cholesterol. High Lp(a) is associated with both microcalcification and macrocalcification of the aortic valve. Current findings do not support Lp(a) as a risk factor for venous thrombotic events and impaired fibrinolysis. Very low Lp(a) levels may associate with increased risk of diabetes mellitus meriting further study. Lp(a) has pro-inflammatory and pro-atherosclerotic properties, which may partly relate to the oxidized phospholipids carried by Lp(a). This panel recommends testing Lp(a) concentration at least once in adults; cascade testing has potential value in familial hypercholesterolaemia, or with family or personal history of (very) high Lp(a) or premature ASCVD. Without specific Lp(a)-lowering therapies, early intensive risk factor management is recommended, targeted according to global cardiovascular risk and Lp(a) level. Lipoprotein apheresis is an option for very high Lp(a) with progressive cardiovascular disease despite optimal management of risk factors. In conclusion, this statement reinforces evidence for Lp(a) as a causal risk factor for cardiovascular outcomes. Trials of specific Lp(a)-lowering treatments are critical to confirm clinical benefit for cardiovascular disease and aortic valve stenosis.

Background: Relative risk reduction with statin therapy has been consistent across nearly all subgroups studied to date. However, in analyses of 2 randomized controlled primary prevention trials (ASCOT [Anglo-Scandinavian Cardiac Outcomes Trial–Lipid-Lowering Arm] and JUPITER [Justification for the Use of Statins in Prevention: An Intervention Trial Evaluating Rosuvastatin]), statin therapy led to a greater relative risk reduction among a subgroup at high genetic risk. Here, we aimed to confirm this observation in a third primary prevention randomized controlled trial. In addition, we assessed whether those at high genetic risk had a greater burden of subclinical coronary atherosclerosis. Methods: We studied participants from a randomized controlled trial of primary prevention with statin therapy (WOSCOPS [West of Scotland Coronary Prevention Study]; n=4910) and 2 observational cohort studies (CARDIA [Coronary Artery Risk Development in Young Adults] and BioImage; n=1154 and 4392, respectively). For each participant, we calculated a polygenic risk score derived from up to 57 common DNA sequence variants previously associated with coronary heart disease. We compared the relative efficacy of statin therapy in those at high genetic risk (top quintile of polygenic risk score) versus all others (WOSCOPS), as well as the association between the polygenic risk score and coronary artery calcification (CARDIA) and carotid artery plaque burden (BioImage). Results: Among WOSCOPS trial participants at high genetic risk, statin therapy was associated with a relative risk reduction of 44% (95% confidence interval [CI], 22–60; P <0.001), whereas in all others, the relative risk reduction was 24% (95% CI, 8–37; P =0.004) despite similar low-density lipoprotein cholesterol lowering. In a study-level meta-analysis across the WOSCOPS, ASCOT, and JUPITER primary prevention, relative risk reduction in those at high genetic risk was 46% versus 26% in all others ( P for heterogeneity=0.05). Across all 3 studies, the absolute risk reduction with statin therapy was 3.6% (95% CI, 2.0–5.1) among those in the high genetic risk group and 1.3% (95% CI, 0.6–1.9) in all others. Each 1-SD increase in the polygenic risk score was associated with 1.32-fold (95% CI, 1.04–1.68) greater likelihood of having coronary artery calcification and 9.7% higher (95% CI, 2.2–17.8) burden of carotid plaque. Conclusions: Those at high genetic risk have a greater burden of subclinical atherosclerosis and derive greater relative and absolute benefit from statin therapy to prevent a first coronary heart disease event. Clinical Trial Registration: URL: http://www.clinicaltrials.gov . Unique identifiers: NCT00738725 (BioImage) and NCT00005130 (CARDIA). WOSCOPS was carried out and completed before the requirement for clinical trial registration.

Ezetimibe lowers plasma levels of low-density lipoprotein (LDL) cholesterol by inhibiting the activity of the Niemann-Pick C1-like 1 (NPC1L1) protein. However, whether such inhibition reduces the risk of coronary heart disease is not known. Human mutations that inactivate a gene encoding a drug target can mimic the action of an inhibitory drug and thus can be used to infer potential effects of that drug.We sequenced the exons of NPC1L1 in 7364 patients with coronary heart disease and in 14,728 controls without such disease who were of European, African, or South Asian ancestry. We identified carriers of inactivating mutations (nonsense, splice-site, or frameshift mutations). In addition, we genotyped a specific inactivating mutation (p.Arg406X) in 22,590 patients with coronary heart disease and in 68,412 controls. We tested the association between the presence of an inactivating mutation and both plasma lipid levels and the risk of coronary heart disease.With sequencing, we identified 15 distinct NPC1L1 inactivating mutations; approximately 1 in every 650 persons was a heterozygous carrier for 1 of these mutations. Heterozygous carriers of NPC1L1 inactivating mutations had a mean LDL cholesterol level that was 12 mg per deciliter (0.31 mmol per liter) lower than that in noncarriers (P=0.04). Carrier status was associated with a relative reduction of 53% in the risk of coronary heart disease (odds ratio for carriers, 0.47; 95% confidence interval, 0.25 to 0.87; P=0.008). In total, only 11 of 29,954 patients with coronary heart disease had an inactivating mutation (carrier frequency, 0.04%) in contrast to 71 of 83,140 controls (carrier frequency, 0.09%).Naturally occurring mutations that disrupt NPC1L1 function were found to be associated with reduced plasma LDL cholesterol levels and a reduced risk of coronary heart disease. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

Familial combined hypolipidemia, a Mendelian condition characterized by substantial reductions in all 3 major lipid fractions, is caused by mutations that inactivate the gene angiopoietin-like 3 (ANGPTL3). Whether ANGPTL3 deficiency reduces risk of coronary artery disease (CAD) is unknown.The study goal was to leverage 3 distinct lines of evidence-a family that included individuals with complete (compound heterozygote) ANGPTL3 deficiency, a population based-study of humans with partial (heterozygote) ANGPTL3 deficiency, and biomarker levels in patients with myocardial infarction (MI)-to test whether ANGPTL3 deficiency is associated with lower risk for CAD.We assessed coronary atherosclerotic burden in 3 individuals with complete ANGPTL3 deficiency and 3 wild-type first-degree relatives using computed tomography angiography. In the population, ANGPTL3 loss-of-function (LOF) mutations were ascertained in up to 21,980 people with CAD and 158,200 control subjects. LOF mutations were defined as nonsense, frameshift, and splice-site variants, along with missense variants resulting in <25% of wild-type ANGPTL3 activity in a mouse model. In a biomarker study, circulating ANGPTL3 concentration was measured in 1,493 people who presented with MI and 3,232 control subjects.The 3 individuals with complete ANGPTL3 deficiency showed no evidence of coronary atherosclerotic plaque. ANGPTL3 gene sequencing demonstrated that approximately 1 in 309 people was a heterozygous carrier for an LOF mutation. Compared with those without mutation, heterozygous carriers of ANGPTL3 LOF mutations demonstrated a 17% reduction in circulating triglycerides and a 12% reduction in low-density lipoprotein cholesterol. Carrier status was associated with a 34% reduction in odds of CAD (odds ratio: 0.66; 95% confidence interval: 0.44 to 0.98; p = 0.04). Individuals in the lowest tertile of circulating ANGPTL3 concentrations, compared with the highest, had reduced odds of MI (adjusted odds ratio: 0.65; 95% confidence interval: 0.55 to 0.77; p < 0.001).ANGPTL3 deficiency is associated with protection from CAD.

Importance

 In observational studies, abdominal adiposity has been associated with type 2 diabetes and coronary heart disease (CHD). Whether these associations represent causal relationships remains uncertain. 

Objective

 To test the association of a polygenic risk score for waist-to-hip ratio (WHR) adjusted for body mass index (BMI), a measure of abdominal adiposity, with type 2 diabetes and CHD through the potential intermediates of blood lipids, blood pressure, and glycemic phenotypes. 

Design, Setting, and Participants

 A polygenic risk score for WHR adjusted for BMI, a measure of genetic predisposition to abdominal adiposity, was constructed with 48 single-nucleotide polymorphisms. The association of this score with cardiometabolic traits, type 2 diabetes, and CHD was tested in a mendelian randomization analysis that combined case-control and cross-sectional data sets. Estimates for cardiometabolic traits were based on a combined data set consisting of summary results from 4 genome-wide association studies conducted from 2007 to 2015, including up to 322 154 participants, as well as individual-level, cross-sectional data from the UK Biobank collected from 2007-2011, including 111 986 individuals. Estimates for type 2 diabetes and CHD were derived from summary statistics of 2 separate genome-wide association studies conducted from 2007 to 2015 and including 149 821 individuals and 184 305 individuals, respectively, combined with individual-level data from the UK Biobank. 

Exposures

 Genetic predisposition to increased WHR adjusted for BMI. 

Main Outcomes and Measures

 Type 2 diabetes and CHD. 

Results

 Among 111 986 individuals in the UK Biobank, the mean age was 57 (SD, 8) years, 58 845 participants (52.5%) were women, and mean WHR was 0.875. Analysis of summary-level genome-wide association study results and individual-level UK Biobank data demonstrated that a 1-SD increase in WHR adjusted for BMI mediated by the polygenic risk score was associated with 27-mg/dL higher triglyceride levels, 4.1-mg/dL higher 2-hour glucose levels, and 2.1–mm Hg higher systolic blood pressure (eachP < .001). A 1-SD genetic increase in WHR adjusted for BMI was also associated with a higher risk of type 2 diabetes (odds ratio, 1.77 [95% CI, 1.57-2.00]; absolute risk increase per 1000 participant-years, 6.0 [95% CI, CI, 4.4-7.8]; number of participants with type 2 diabetes outcome, 40 530) and CHD (odds ratio, 1.46 [95% CI, 1.32-1.62]; absolute risk increase per 1000 participant-years, 1.8 [95% CI, 1.3-2.4]; number of participants with CHD outcome, 66 440). 

Conclusions and Relevance

 A genetic predisposition to higher waist-to-hip ratio adjusted for body mass index was associated with increased risk of type 2 diabetes and coronary heart disease. These results provide evidence supportive of a causal association between abdominal adiposity and these outcomes.