Background: DNA methylation patterns associated with habitual diet have not been well studied. Methods: Diet quality was characterized using a Mediterranean-style diet score and the Alternative Healthy Eating Index score. We conducted ethnicity-specific and trans-ethnic epigenome-wide association analyses for diet quality and leukocyte-derived DNA methylation at over 400 000 CpGs (cytosine-guanine dinucleotides) in 5 population-based cohorts including 6662 European ancestry, 2702 African ancestry, and 360 Hispanic ancestry participants. For diet-associated CpGs identified in epigenome-wide analyses, we conducted Mendelian randomization (MR) analysis to examine their relations to cardiovascular disease risk factors and examined their longitudinal associations with all-cause mortality. Results: We identified 30 CpGs associated with either Mediterranean-style diet score or Alternative Healthy Eating Index, or both, in European ancestry participants. Among these CpGs, 12 CpGs were significantly associated with all-cause mortality (Bonferroni corrected P <1.6×10 −3 ). Hypermethylation of cg18181703 ( SOCS3 ) was associated with higher scores of both Mediterranean-style diet score and Alternative Healthy Eating Index and lower risk for all-cause mortality ( P =5.7×10 −15 ). Ten additional diet-associated CpGs were nominally associated with all-cause mortality ( P <0.05). MR analysis revealed 8 putatively causal associations for 6 CpGs with 4 cardiovascular disease risk factors (body mass index, triglycerides, high-density lipoprotein cholesterol concentrations, and type 2 diabetes mellitus; Bonferroni corrected MR P <4.5×10 −4 ). For example, hypermethylation of cg11250194 ( FADS2 ) was associated with lower triglyceride concentrations (MR, P =1.5×10 −14 ).and hypermethylation of cg02079413 ( SNORA54 ; NAP1L4 ) was associated with body mass index (corrected MR, P =1×10 −6 ). Conclusions: Habitual diet quality was associated with differential peripheral leukocyte DNA methylation levels of 30 CpGs, most of which were also associated with multiple health outcomes, in European ancestry individuals. These findings demonstrate that integrative genomic analysis of dietary information may reveal molecular targets for disease prevention and treatment.

DNA methylation (DNAm) has been reported to be associated with many diseases and with mortality. We hypothesized that the integration of DNAm with clinical risk factors would improve mortality prediction. We performed an epigenome-wide association study of whole blood DNAm in relation to mortality in 15 cohorts (n = 15,013). During a mean follow-up of 10 years, there were 4314 deaths from all causes including 1235 cardiovascular disease (CVD) deaths and 868 cancer deaths. Ancestry-stratified meta-analysis of all-cause mortality identified 163 CpGs in European ancestry (EA) and 17 in African ancestry (AA) participants at p < 1 × 10-7 , of which 41 (EA) and 16 (AA) were also associated with CVD death, and 15 (EA) and 9 (AA) with cancer death. We built DNAm-based prediction models for all-cause mortality that predicted mortality risk after adjusting for clinical risk factors. The mortality prediction model trained by integrating DNAm with clinical risk factors showed an improvement in prediction of cancer death with 5% increase in the C-index in a replication cohort, compared with the model including clinical risk factors alone. Mendelian randomization identified 15 putatively causal CpGs in relation to longevity, CVD, or cancer risk. For example, cg06885782 (in KCNQ4) was positively associated with risk for prostate cancer (Beta = 1.2, PMR = 4.1 × 10-4 ) and negatively associated with longevity (Beta = -1.9, PMR = 0.02). Pathway analysis revealed that genes associated with mortality-related CpGs are enriched for immune- and cancer-related pathways. We identified replicable DNAm signatures of mortality and demonstrated the potential utility of CpGs as informative biomarkers for prediction of mortality risk.

Abstract Background Polygenic risk scores (PRS) for coronary artery disease (CAD) potentially improve cardiovascular risk prediction. However, their relationship with histopathologic features of CAD has never been examined systematically. Methods From 4,327 subjects referred to CVPath by the State of Maryland Office Chief Medical Examiner (OCME) for sudden death between 1994 and 2015, 2,455 cases were randomly selected for genotyping. We generated PRS from 291 known CAD risk loci. Detailed histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. The primary study outcome measurements were histopathologic plaque features determining severity of atherosclerosis, including %stenosis, calcification, thin-cap fibroatheromas (TCFA), and thrombotic CAD. Results After exclusion of cases with insufficient DNA sample quality or with missing data, 954 cases (mean age 48.8±14.7; 75.7% men) remained in the final study cohort. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis compared to subjects in the lowest quintile, with greater %stenosis (80.3%±27.0% vs. 50.4%±38.7%; adjusted p<0.001) and a higher frequency of calcification (69.6% vs. 35.8%; adjusted p=0.004) and TCFAs (26.7% vs. 9.5%; adjusted p=0.007). Even after adjustment for traditional CAD risk factors subjects within the highest PRS quintile had higher odds of severe atherosclerosis (i.e., ≥75% stenosis; adjusted OR 3.77; 95%CI 2.10-6.78; p<0.001) and plaque rupture (adjusted OR 4.05; 95%CI 2.26-7.24; p<0.001). Moreover, subjects within the highest quintile had higher odds of CAD-associated cause of death, especially among those aged 50 years and younger (adjusted OR 4.08; 95%CI 2.01-8.30; p<0.001). No associations were observed with plaque erosion. Conclusions This is the first autopsy study investigating associations between PRS and atherosclerosis severity at the histopathologic level in subjects with sudden death. Our pathological analysis suggests PRS correlates with plaque burden and features of advanced atherosclerosis and may be useful as a method for CAD risk stratification, especially in younger subjects. Highlights In this autopsy study including 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry, high PRS correlated with plaque burden and atherosclerosis severity. The PRS showed differential associations with plaque rupture and plaque erosion, suggesting different etiologies to these two causes of thrombotic CAD. PRS may be useful for risk stratification, particularly in the young. Further examination of individual risk loci and their association with plaque morphology may help understand molecular mechanisms of atherosclerosis, potentially revealing new therapy targets of CAD. Graphic Abstract A polygenic risk score, generated from 291 known CAD risk loci, was assessed in 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry. Histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis as compared to subjects in the lowest quintile, with a greater plaque burden, more calcification, and a higher frequency of plaque rupture.

Genome-wide association studies have had great success in identifying human genetic variants associated with disease, disease risk factors, and other biomedical phenotypes. Many variants are associated with multiple traits, even after correction for trait-trait correlation. Discovering subsets of variants associated with a shared subset of phenotypes could help reveal disease mechanisms, suggest new therapeutic options, and increase the power to detect additional variants with similar pattern of associations. Here we introduce two methods based on a Bayesian framework, SNP And Pleiotropic PHenotype Organization (SAPPHO), one modeling independent phenotypes (SAPPHO-I) and the other incorporating a full phenotype covariance structure (SAPPHO-C). These two methods learn patterns of pleiotropy from genotype and phenotype data, using identified associations to discover additional associations with shared patterns. The SAPPHO methods, along with other recent approaches for pleiotropic association tests, were assessed using data from the Atherosclerotic Risk in Communities (ARIC) study of 8,000 individuals, whose gold-standard associations were provided by meta-analysis of 40,000 to 100,000 individuals from the CHARGE consortium. Using power to detect gold-standard associations at genome-wide significance (0.05 family-wise error rate) as a metric, SAPPHO performed best. The SAPPHO methods were also uniquely able to select the most significant variants in a parsimonious model, excluding other less likely variants within a linkage disequilibrium block. For meta-analysis, the SAPPHO methods implement summary modes that use sufficient statistics rather than full phenotype and genotype data. Meta-analysis applied to CHARGE detected 16 additional associations to the gold-standard loci, as well as 124 novel loci, at 0.05 false discovery rate. Reasons for the superior performance were explored by performing simulations over a range of scenarios describing different genetic architectures. With SAPPHO we were able to learn genetic structures that were hidden using the traditional univariate tests.

Background Published genome-wide association studies (GWAS) are mainly European-centric, examine a narrow view of phenotypic variation, and infrequently interrogate genetic effects shared across traits. We therefore examined the extent to which a multi-ethnic, combined trait GWAS of phenotypes that map to well-defined biology can enable detection and characterization of complex trait loci.Methods With 1000 Genomes Phase 3 imputed data in 34,668 participants (15% African American; 3% Chinese American; 51% European American; 30% Hispanic/Latino), we performed covariate-adjusted univariate GWAS of six contiguous electrocardiogram (ECG) traits that decomposed an average heartbeat and two commonly reported composite ECG traits that summed contiguous traits. Combined phenotype testing was performed using the adaptive sum of powered scores test (aSPU).Results We identified six novel and 87 known ECG trait loci (aSPU p-value < 5E-9). Lead SNP rs3211938 at novel locus CD36 was common in African Americans (minor allele frequency=10%) and near-monomorphic in European Americans, with effect sizes for the composite trait, QT interval, among the largest reported. Only one novel locus was detected for the composite traits, due to opposite directions of effects across contiguous traits that summed to near-zero. Combined phenotype testing did not detect novel loci unapparent by univariate testing. However, this approach aided locus characterization, particularly when loci harbored multiple independent signals that differed by trait.Conclusions Despite including one-third as few participants as the largest published GWAS of ECG traits, our study identifies multiple novel ECG genetic loci, emphasizing the importance of ancestral diversity and phenotype measurement in this era of ever-growing GWAS.AUTHOR SUMMARY We leveraged a multiethnic cohort with precise measures of cardioelectric function to identify novel genetic loci affecting this complex, multifaceted phenotype. The success of our approach stresses the importance of phenotypic precision and participant diversity for future locus discovery and characterization efforts, and cautions against compromises made in genome-wide association studies to pursue ever-growing sample sizes.

Atrial fibrillation is a prevalent arrhythmia associated with a five-fold increased risk of ischemic stroke, and specifically the cardioembolic stroke subtype. Genome-wide association studies of these traits have yielded overlapping risk loci, but genome-wide investigation of genetic susceptibility shared between stroke and atrial fibrillation is lacking. Comparing the genetic architectures of the two diseases could inform whether cardioembolic strokes are driven by inherited atrial fibrillation susceptibility, and may help elucidate ischemic stroke mechanisms. Here, we analyze genome-wide genotyping data and estimate SNP-based heritability in atrial fibrillation and cardioembolic stroke to be nearly identical (20.0% and 19.5%, respectively). Further, we find that the traits are genetically correlated (r=0.77 for SNPs with p < 4.4 x 10-4 in a previous atrial fibrillation meta-analysis). Clinical studies are warranted to assess whether genetic susceptibility to atrial fibrillation can be leveraged to improve the diagnosis and care of ischemic stroke patients.

Electrocardiographic PR interval measures atrial and atrioventricular depolarization and conduction, and abnormal PR interval is a risk factor for atrial fibrillation and heart block. We performed a genome-wide association study in over 92,000 individuals of European descent and identified 44 loci associated with PR interval (34 novel). Examination of the 44 loci revealed known and novel biological processes involved in cardiac atrial electrical activity, and genes in these loci were highly over-represented in several cardiac disease processes. Nearly half of the 61 independent index variants in the 44 loci were associated with atrial or blood transcript expression levels, or were in high linkage disequilibrium with one or more missense variants. Cardiac regulatory regions of the genome as measured by cardiac DNA hypersensitivity sites were enriched for variants associated with PR interval, compared to non-cardiac regulatory regions. Joint analyses combining PR interval with heart rate, QRS interval, and atrial fibrillation identified additional new pleiotropic loci. The majority of associations discovered in European-descent populations were also present in African-American populations. Meta-analysis examining over 105,000 individuals of African and European descent identified additional novel PR loci. These additional analyses identified another 13 novel loci. Together, these findings underscore the power of GWAS to extend knowledge of the molecular underpinnings of clinical processes.

The electrocardiographic PR interval reflects atrioventricular conduction, and is associated with conduction abnormalities, pacemaker implantation, atrial fibrillation (AF), and cardiovascular mortality[1][1],[2][2]. We performed multi-ancestry (N=293,051) and European only (N=271,570) genome-wide association (GWAS) meta-analyses for the PR interval, discovering 210 loci of which 149 are novel. Variants at all loci nearly doubled the percentage of heritability explained, from 33.5% to 62.6%. We observed enrichment for genes involved in cardiac muscle development/contraction and the cytoskeleton highlighting key regulation processes for atrioventricular conduction. Additionally, 19 novel loci harbour genes underlying inherited monogenic heart diseases suggesting the role of these genes in cardiovascular pathology in the general population. We showed that polygenic predisposition to PR interval duration is an endophenotype for cardiovascular disease risk, including distal conduction disease, AF, atrioventricular pre-excitation, non-ischemic cardiomyopathy, and coronary heart disease. These findings advance our understanding of the polygenic basis of cardiac conduction, and the genetic relationship between PR interval duration and cardiovascular disease. [1]: #ref-1 [2]: #ref-2

Aims: Sudden cardiac death (SCD) is a major public health burden. Mitochondrial dysfunction has been implicated in a wide range of cardiovascular diseases including cardiomyopathy, heart failure, and arrhythmias, but it is unknown if it also contributes to SCD risk. We sought to examine the prospective association between mtDNA copy number (mtDNA-CN), a surrogate marker of mitochondrial function, and SCD risk. Methods and Results: We measured baseline mtDNA-CN in 11,093 participants from the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) study. mtDNA-CN was calculated from probe intensities of mitochondrial single nucleotide polymorphisms (SNP) on the Affymetrix Genome-Wide Human SNP Array 6.0. SCD was defined as a sudden pulseless condition presumed due to a ventricular tachyarrhythmia in a previously stable individual without evidence of a non-cardiac cause of cardiac arrest. SCD cases were reviewed and adjudicated by an expert committee. During a median follow-up of 20.4 years, we observed 361 SCD cases. After adjusting for age, race, sex, and center, the hazard ratio (HR) for SCD comparing the 1st to the 5th quintiles of mtDNA-CN was 2.24 (95% CI 1.58 to 3.19; p-trend <0.001). When further adjusting for traditional CVD risk factors, prevalent CHD, heart rate, and QT interval duration, the association remained statistically significant. Spline regression models showed that the association was approximately linear over the range of mtDNA-CN values. No apparent interaction by race or by sex was detected. Conclusion: In this community-based prospective study, mtDNA-CN in peripheral blood was inversely associated with the risk of SCD.

Background: Sudden cardiac arrest (SCA) accounts for 10% of adult mortality in Western populations. While several risk factors are observationally associated with SCA, the genetic architecture of SCA in the general population remains unknown. Furthermore, understanding which risk factors are causal may help target prevention strategies. Methods: We carried out a large genome-wide association study (GWAS) for SCA (n=3,939 cases, 25,989 non-cases) to examine common variation genome-wide and in candidate arrhythmia genes. We also exploited Mendelian randomization methods using cross-trait multi-variant genetic risk score associations (GRSA) to assess causal relationships of 18 risk factors with SCA. Results: No variants were associated with SCA at genome-wide significance, nor were common variants in candidate arrhythmia genes associated with SCA at nominal significance. Using cross-trait GRSA, we established genetic correlation between SCA and (1) coronary artery disease (CAD) and traditional CAD risk factors (blood pressure, lipids, and diabetes), (2) height and BMI, and (3) electrical instability traits (QT and atrial fibrillation), suggesting etiologic roles for these traits in SCA risk. Conclusions: Our findings show that a comprehensive approach to the genetic architecture of SCA can shed light on the determinants of a complex life-threatening condition with multiple influencing factors in the general population. The results of this genetic analysis, both positive and negative findings, have implications for evaluating the genetic architecture of patients with a family history of SCA, and for efforts to prevent SCA in high-risk populations and the general community.