This is a preprint.
Genetic regulation of cell-type specific chromatin accessibility shapes the etiology of brain diseases
- PMID: 37090548
- PMCID: PMC10120699
- DOI: 10.1101/2023.03.02.530826
Genetic regulation of cell-type specific chromatin accessibility shapes the etiology of brain diseases
Update in
-
Genetic regulation of cell type-specific chromatin accessibility shapes brain disease etiology.Science. 2024 May 24;384(6698):eadh4265. doi: 10.1126/science.adh4265. Epub 2024 May 24. Science. 2024. PMID: 38781378
Abstract
Nucleotide variants in cell type-specific gene regulatory elements in the human brain are major risk factors of human disease. We measured chromatin accessibility in sorted neurons and glia from 1,932 samples of human postmortem brain and identified 34,539 open chromatin regions with chromatin accessibility quantitative trait loci (caQTL). Only 10.4% of caQTL are shared between neurons and glia, supporting the cell type specificity of genetic regulation of the brain regulome. Incorporating allele specific chromatin accessibility improves statistical fine-mapping and refines molecular mechanisms underlying disease risk. Using massively parallel reporter assays in induced excitatory neurons, we screened 19,893 brain QTLs, identifying the functional impact of 476 regulatory variants. Combined, this comprehensive resource captures variation in the human brain regulome and provides novel insights into brain disease etiology.
Conflict of interest statement
Competing interests N.A. is the cofounder and on the scientific advisory board of Regel Therapeutics and receives funding from BioMarin Pharmaceutical Incorporated.
Figures






References
-
- Trubetskoy V., Pardiñas A. F., Qi T., Panagiotaropoulou G., Awasthi S., Bigdeli T. B., Bryois J., Chen C.-Y., Dennison C. A., Hall L. S., Lam M., Watanabe K., Frei O., Ge T., Harwood J. C., Koopmans F., Magnusson S., Richards A. L., Sidorenko J., Wu Y., Zeng J., Grove J., Kim M., Li Z., Voloudakis G., Zhang W., Adams M., Agartz I., Atkinson E. G., Agerbo E., Al Eissa M., Albus M., Alexander M., Alizadeh B. Z., Alptekin K., Als T. D., Amin F., Arolt V., Arrojo M., Athanasiu L., Azevedo M. H., Bacanu S. A., Bass N. J., Begemann M., Belliveau R. A., Bene J., Benyamin B., Bergen S. E., Blasi G., Bobes J., Bonassi S., Braun A., Bressan R. A., Bromet E. J., Bruggeman R., Buckley P. F., Buckner R. L., Bybjerg-Grauholm J., Cahn W., Cairns M. J., Calkins M. E., Carr V. J., Castle D., Catts S. V., Chambert K. D., Chan R. C. K., Chaumette B., Cheng W., Cheung E. F. C., Chong S. A., Cohen D., Consoli A., Cordeiro Q., Costas J., Curtis C., Davidson M., Davis K. L., de Haan L., Degenhardt F., DeLisi L. E., Demontis D., Dickerson F., Dikeos D., Dinan T., Djurovic S., Duan J., Ducci G., Dudbridge F., Eriksson J. G., Fañanás L., Faraone S. V., Fiorentino A., Forstner A., Frank J., Freimer N. B., Fromer M., Frustaci A., Gadelha A., Genovese G., Gershon E. S., Giannitelli M., Giegling I., Giusti-Rodríguez P., Godard S., Goldstein J. I., González Peñas J., González-Pinto A., Gopal S., Gratten J., Green M. F., Greenwood T. A., Guillin O., Gülöksüz S., Gur R. E., Gur R. C., Gutiérrez B., Hahn E., Hakonarson H., Haroutunian V., Hartmann A. M., Harvey C., Hayward C., Henskens F. A., Herms S., Hoffmann P., Howrigan D. P., Ikeda M., Iyegbe C., Joa I., Julià A., Kähler A. K., Kam-Thong T., Kamatani Y., Karachanak-Yankova S., Kebir O., Keller M. C., Kelly B. J., Khrunin A., Kim S.-W., Klovins J., Kondratiev N., Konte B., Kraft J., Kubo M., Kučinskas V., Kučinskiene Z. A., Kusumawardhani A., Kuzelova-Ptackova H., Landi S., Lazzeroni L. C., Lee P. H., Legge S. E., Lehrer D. S., Lencer R., Lerer B., Li M., Lieberman J., Light G. A., Limborska S., Liu C.-M., Lönnqvist J., Loughland C. M., Lubinski J., Luykx J. J., Lynham A., Macek M. Jr, Mackinnon A., Magnusson P. K. E., Maher B. S., Maier W., Malaspina D., Mallet J., Marder S. R., Marsal S., Martin A. R., Martorell L., Mattheisen M., McCarley R. W., McDonald C., McGrath J. J., Medeiros H., Meier S., Melegh B., Melle I., Mesholam-Gately R. I., Metspalu A., Michie P. T., Milani L., Milanova V., Mitjans M., Molden E., Molina E., Molto M. D., Mondelli V., Moreno C., Morley C. P., Muntané G., Murphy K. C., Myin-Germeys I., Nenadić I., Nestadt G., Nikitina-Zake L., Noto C., Nuechterlein K. H., O’Brien N. L., O’Neill F. A., Oh S.-Y., Olincy A., Ota V. K., Pantelis C., Papadimitriou G. N., Parellada M., Paunio T., Pellegrino R., Periyasamy S., Perkins D. O., Pfuhlmann B., Pietiläinen O., Pimm J., Porteous D., Powell J., Quattrone D., Quested D., Radant A. D., Rampino A., Rapaport M. H., Rautanen A., Reichenberg A., Roe C., Roffman J. L., Roth J., Rothermundt M., Rutten B. P. F., Saker-Delye S., Salomaa V., Sanjuan J., Santoro M. L., Savitz A., Schall U., Scott R. J., Seidman L. J., Sharp S. I., Shi J., Siever L. J., Sigurdsson E., Sim K., Skarabis N., Slominsky P., So H.-C., Sobell J. L., Söderman E., Stain H. J., Steen N. E., Steixner-Kumar A. A., Stögmann E., Stone W. S., Straub R. E., Streit F., Strengman E., Stroup T. S., Subramaniam M., Sugar C. A., Suvisaari J., Svrakic D. M., Swerdlow N. R., Szatkiewicz J. P., Ta T. M. T., Takahashi A., Terao C., Thibaut F., Toncheva D., Tooney P. A., Torretta S., Tosato S., Tura G. B., Turetsky B. I., Üçok A., Vaaler A., van Amelsvoort T., van Winkel R., Veijola J., Waddington J., Walter H., Waterreus A., Webb B. T., Weiser M., Williams N. M., Witt S. H., Wormley B. K., Wu J. Q., Xu Z., Yolken R., Zai C. C., Zhou W., Zhu F., Zimprich F., Atbaşoğlu E. C., Ayub M., Benner C., Bertolino A., Black D. W., Bray N. J., Breen G., Buccola N. G., Byerley W. F., Chen W. J., Cloninger C. R., Crespo-Facorro B., Donohoe G., Freedman R., Galletly C., Gandal M. J., Gennarelli M., Hougaard D. M., Hwu H.-G., Jablensky A. V., McCarroll S. A., Moran J. L., Mors O., Mortensen P. B., Müller-Myhsok B., Neil A. L., Nordentoft M., Pato M. T., Petryshen T. L., Pirinen M., Pulver A. E., Schulze T. G., Silverman J. M., Smoller J. W., Stahl E. A., Tsuang D. W., Vilella E., Wang S.-H., Xu S., Indonesia Schizophrenia Consortium, PsychENCODE, Psychosis Endophenotypes International Consortium, SynGO Consortium, Adolfsson R., Arango C., Baune B. T., Belangero S. I., Børglum A. D., Braff D., Bramon E., Buxbaum J. D., Campion D., Cervilla J. A., Cichon S., Collier D. A., Corvin A., Curtis D., Forti M. D., Domenici E., Ehrenreich H., Escott-Price V., Esko T., Fanous A. H., Gareeva A., Gawlik M., Gejman P. V., Gill M., Glatt S. J., Golimbet V., Hong K. S., Hultman C. M., Hyman S. E., Iwata N., Jönsson E. G., Kahn R. S., Kennedy J. L., Khusnutdinova E., Kirov G., Knowles J. A., Krebs M.-O., Laurent-Levinson C., Lee J., Lencz T., Levinson D. F., Li Q. S., Liu J., Malhotra A. K., Malhotra D., McIntosh A., McQuillin A., Menezes P. R., Morgan V. A., Morris D. W., Mowry B. J., Murray R. M., Nimgaonkar V., Nöthen M. M., Ophoff R. A., Paciga S. A., Palotie A., Pato C. N., Qin S., Rietschel M., Riley B. P., Rivera M., Rujescu D., Saka M. C., Sanders A. R., Schwab S. G., Serretti A., Sham P. C., Shi Y., St Clair D., Stefánsson H., Stefansson K., Tsuang M. T., van Os J., Vawter M. P., Weinberger D. R., Werge T., Wildenauer D. B., Yu X., Yue W., Holmans P. A., Pocklington A. J., Roussos P., Vassos E., Verhage M., Visscher P. M., Yang J., Posthuma D., Andreassen O. A., Kendler K. S., Owen M. J., Wray N. R., Daly M. J., Huang H., Neale B. M., Sullivan P. F., Ripke S., Walters J. T. R., O’Donovan M. C., Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium, Mapping genomic loci implicates genes and synaptic biology in schizophrenia. Nature. 604, 502–508 (2022). - PMC - PubMed
-
- Bellenguez C., Küçükali F., Jansen I. E., Kleineidam L., Moreno-Grau S., Amin N., Naj A. C., Campos-Martin R., Grenier-Boley B., Andrade V., Holmans P. A., Boland A., Damotte V., van der Lee S. J., Costa M. R., Kuulasmaa T., Yang Q., de Rojas I., Bis J. C., Yaqub A., Prokic I., Chapuis J., Ahmad S., Giedraitis V., Aarsland D., Garcia-Gonzalez P., Abdelnour C., Alarcón-Martín E., Alcolea D., Alegret M., Alvarez I., Álvarez V., Armstrong N. J., Tsolaki A., Antúnez C., Appollonio I., Arcaro M., Archetti S., Pastor A. A., Arosio B., Athanasiu L., Bailly H., Banaj N., Baquero M., Barral S., Beiser A., Pastor A. B., Below J. E., Benchek P., Benussi L., Berr C., Besse C., Bessi V., Binetti G., Bizarro A., Blesa R., Boada M., Boerwinkle E., Borroni B., Boschi S., Bossù P., Bråthen G., Bressler J., Bresner C., Brodaty H., Brookes K. J., Brusco L. I., Buiza-Rueda D., Bûrger K., Burholt V., Bush W. S., Calero M., Cantwell L. B., Chene G., Chung J., Cuccaro M. L., Carracedo Á., Cecchetti R., Cervera-Carles L., Charbonnier C., Chen H.-H., Chillotti C., Ciccone S., Claassen J. A. H. R., Clark C., Conti E., Corma-Gómez A., Costantini E., Custodero C., Daian D., Dalmasso M. C., Daniele A., Dardiotis E., Dartigues J.-F., de Deyn P. P., de Paiva Lopes K., de Witte L. D., Debette S., Deckert J., Del Ser T., Denning N., DeStefano A., Dichgans M., Diehl-Schmid J., Diez-Fairen M., Rossi P. D., Djurovic S., Duron E., Düzel E., Dufouil C., Eiriksdottir G., Engelborghs S., Escott-Price V., Espinosa A., Ewers M., Faber K. M., Fabrizio T., Nielsen S. F., Fardo D. W., Farotti L., Fenoglio C., Fernández-Fuertes M., Ferrari R., Ferreira C. B., Ferri E., Fin B., Fischer P., Fladby T., Fließbach K., Fongang B., Fornage M., Fortea J., Foroud T. M., Fostinelli S., Fox N. C., Franco-Macías E., Bullido M. J., Frank-García A., Froelich L., Fulton-Howard B., Galimberti D., García-Alberca J. M., García-González P., Garcia-Madrona S., Garcia-Ribas G., Ghidoni R., Giegling I., Giorgio G., Goate A. M., Goldhardt O., Gomez-Fonseca D., González-Pérez A., Graff C., Grande G., Green E., Grimmer T., Grünblatt E., Grunin M., Gudnason V., Guetta-Baranes T., Haapasalo A., Hadjigeorgiou G., Haines J. L., Hamilton-Nelson K. L., Hampel H., Hanon O., Hardy J., Hartmann A. M., Hausner L., Harwood J., Heilmann-Heimbach S., Helisalmi S., Heneka M. T., Hernández I., Herrmann M. J., Hoffmann P., Holmes C., Holstege H., Vilas R. H., Hulsman M., Humphrey J., Biessels G. J., Jian X., Johansson C., Jun G. R., Kastumata Y., Kauwe J., Kehoe P. G., Kilander L., Ståhlbom A. K., Kivipelto M., Koivisto A., Kornhuber J., Kosmidis M. H., Kukull W. A., Kuksa P. P., Kunkle B. W., Kuzma A. B., Lage C., Laukka E. J., Launer L., Lauria A., Lee C.-Y., Lehtisalo J., Lerch O., Lleó A., Longstreth W. Jr, Lopez O., de Munain A. L., Love S., Löwemark M., Luckcuck L., Lunetta K. L., Ma Y., Macías J., MacLeod C. A., Maier W., Mangialasche F., Spallazzi M., Marquié M., Marshall R., Martin E. R., Montes A. M., Rodríguez C. M., Masullo C., Mayeux R., Mead S., Mecocci P., Medina M., Meggy A., Mehrabian S., Mendoza S., Menéndez-González M., Mir P., Moebus S., Mol M., Molina-Porcel L., Montrreal L., Morelli L., Moreno F., Morgan K., Mosley T., Nöthen M. M., Muchnik C., Mukherjee S., Nacmias B., Ngandu T., Nicolas G., Nordestgaard B. G., Olaso R., Orellana A., Orsini M., Ortega G., Padovani A., Paolo C., Papenberg G., Parnetti L., Pasquier F., Pastor P., Peloso G., Pérez-Cordón A., Pérez-Tur J., Pericard P., Peters O., Pijnenburg Y. A. L., Pineda J. A., Piñol-Ripoll G., Pisanu C., Polak T., Popp J., Posthuma D., Priller J., Puerta R., Quenez O., Quintela I., Thomassen J. Q., Rábano A., Rainero I., Rajabli F., Ramakers I., Real L. M., Reinders M. J. T., Reitz C., Reyes-Dumeyer D., Ridge P., Riedel-Heller S., Riederer P., Roberto N., Rodriguez-Rodriguez E., Rongve A., Allende I. R., Rosende-Roca M., Royo J. L., Rubino E., Rujescu D., Sáez M. E., Sakka P., Saltvedt I., Sanabria Á., Sánchez-Arjona M. B., Sanchez-Garcia F., Juan P. S., Sánchez-Valle R., Sando S. B., Sarnowski C., Satizabal C. L., Scamosci M., Scarmeas N., Scarpini E., Scheltens P., Scherbaum N., Scherer M., Schmid M., Schneider A., Schott J. M., Selbæk G., Seripa D., Serrano M., Sha J., Shadrin A. A., Skrobot O., Slifer S., Snijders G. J. L., Soininen H., Solfrizzi V., Solomon A., Song Y., Sorbi S., Sotolongo-Grau O., Spalletta G., Spottke A., Squassina A., Stordal E., Tartan J. P., Tárraga L., Tesí N., Thalamuthu A., Thomas T., Tosto G., Traykov L., Tremolizzo L., Tybjærg-Hansen A., Uitterlinden A., Ullgren A., Ulstein I., Valero S., Valladares O., Van Broeckhoven C., Vance J., Vardarajan B. N., van der Lugt A., Van Dongen J., van Rooij J., van Swieten J., Vandenberghe R., Verhey F., Vidal J.-S., Vogelgsang J., Vyhnalek M., Wagner M., Wallon D., Wang L.-S., Wang R., Weinhold L., Wiltfang J., Windle G., Woods B., Yannakoulia M., Zare H., Zhao Y., Zhang X., Zhu C., Zulaica M., EADB, GR@ACE, DEGESCO, EADI, GERAD, Demgene, FinnGen, ADGC, CHARGE, Farrer L. A., Psaty B. M., Ghanbari M., Raj T., Sachdev P., Mather K., Jessen F., Ikram M. A., de Mendonça A., Hort J., Tsolaki M., Pericak-Vance M. A., Amouyel P., Williams J., Frikke-Schmidt R., Clarimon J., Deleuze J.-F., Rossi G., Seshadri S., Andreassen O. A., Ingelsson M., Hiltunen M., Sleegers K., Schellenberg G. D., van Duijn C. M., Sims R., van der Flier W. M., Ruiz A., Ramirez A., Lambert J.-C., New insights into the genetic etiology of Alzheimer’s disease and related dementias. Nat. Genet. 54, 412–436 (2022). - PMC - PubMed
-
- Mullins N., Forstner A. J., O’Connell K. S., Coombes B., Coleman J. R. I., Qiao Z., Als T. D., Bigdeli T. B., Børte S., Bryois J., Charney A. W., Drange O. K., Gandal M. J., Hagenaars S. P., Ikeda M., Kamitaki N., Kim M., Krebs K., Panagiotaropoulou G., Schilder B. M., Sloofman L. G., Steinberg S., Trubetskoy V., Winsvold B. S., Won H.-H., Abramova L., Adorjan K., Agerbo E., Al Eissa M., Albani D., Alliey-Rodriguez N., Anjorin A., Antilla V., Antoniou A., Awasthi S., Baek J. H., Bækvad-Hansen M., Bass N., Bauer M., Beins E. C., Bergen S. E., Birner A., Bøcker Pedersen C., Bøen E., Boks M. P., Bosch R., Brum M., Brumpton B. M., Brunkhorst-Kanaan N., Budde M., Bybjerg-Grauholm J., Byerley W., Cairns M., Casas M., Cervantes P., Clarke T.-K., Cruceanu C., Cuellar-Barboza A., Cunningham J., Curtis D., Czerski P. M., Dale A. M., Dalkner N., David F. S., Degenhardt F., Djurovic S., Dobbyn A. L., Douzenis A., Elvsåshagen T., Escott-Price V., Ferrier I. N., Fiorentino A., Foroud T. M., Forty L., Frank J., Frei O., Freimer N. B., Frisén L., Gade K., Garnham J., Gelernter J., Giørtz Pedersen M., Gizer I. R., Gordon S. D., Gordon-Smith K., Greenwood T. A., Grove J., Guzman-Parra J., Ha K., Haraldsson M., Hautzinger M., Heilbronner U., Hellgren D., Herms S., Hoffmann P., Holmans P. A., Huckins L., Jamain S., Johnson J. S., Kalman J. L., Kamatani Y., Kennedy J. L., Kittel-Schneider S., Knowles J. A., Kogevinas M., Koromina M., Kranz T. M., Kranzler H. R., Kubo M., Kupka R., Kushner S. A., Lavebratt C., Lawrence J., Leber M., Lee H.-J., Lee P. H., Levy S. E., Lewis C., Liao C., Lucae S., Lundberg M., MacIntyre D. J., Magnusson S. H., Maier W., Maihofer A., Malaspina D., Maratou E., Martinsson L., Mattheisen M., McCarroll S. A., McGregor N. W., McGuffin P., McKay J. D., Medeiros H., Medland S. E., Millischer V., Montgomery G. W., Moran J. L., Morris D. W., Mühleisen T. W., O’Brien N., O’Donovan C., Olde Loohuis L. M., Oruc L., Papiol S., Pardiñas A. F., Perry A., Pfennig A., Porichi E., Potash J. B., Quested D., Raj T., Rapaport M. H., DePaulo J. R., Regeer E. J., Rice J. P., Rivas F., Rivera M., Roth J., Roussos P., Ruderfer D. M., Sánchez-Mora C., Schulte E. C., Senner F., Sharp S., Shilling P. D., Sigurdsson E., Sirignano L., Slaney C., Smeland O. B., Smith D. J., Sobell J. L., Søholm Hansen C., Soler Artigas M., Spijker A. T., Stein D. J., Strauss J. S., Świątkowska B., Terao C., Thorgeirsson T. E., Toma C., Tooney P., Tsermpini E.-E., Vawter M. P., Vedder H., Walters J. T. R., Witt S. H., Xi S., Xu W., Yang J. M. K., Young A. H., Young H., Zandi P. P., Zhou H., Zillich L., HUNT All-In Psychiatry, Adolfsson R., Agartz I., M. Alda, Alfredsson L., Babadjanova G., Backlund L., Baune B. T., Bellivier F., Bengesser S., Berrettini W. H., Blackwood D. H. R., Boehnke M., Børglum A. D., Breen G., Carr V. J., Catts S., Corvin A., Craddock N., Dannlowski U., Dikeos D., Esko T., Etain B., Ferentinos P., Frye M., Fullerton J. M., Gawlik M., Gershon E. S., Goes F. S., Green M. J., Grigoroiu-Serbanescu M., Hauser J., Henskens F., Hillert J., Hong K. S., Hougaard D. M., Hultman C. M., Hveem K., Iwata N., Jablensky A. V., Jones I., Jones L. A., Kahn R. S., Kelsoe J. R., Kirov G., Landén M., Leboyer M., Lewis C. M., Li Q. S., Lissowska J., Lochner C., Loughland C., Martin N. G., Mathews C. A., Mayoral F., McElroy S. L., McIntosh A. M., McMahon F. J., Melle I., Michie P., Milani L., Mitchell P. B., Morken G., Mors O., Mortensen P. B., Mowry B., Müller-Myhsok B., Myers R. M., Neale B. M., Nievergelt C. M., Nordentoft M., Nöthen M. M., O’Donovan M. C., Oedegaard K. J., Olsson T., Owen M. J., Paciga S. A., Pantelis C., Pato C., Pato M. T., Patrinos G. P., Perlis R. H., Posthuma D., Ramos-Quiroga J. A., Reif A., Reininghaus E. Z., Ribasés M., Rietschel M., Ripke S., Rouleau G. A., Saito T., Schall U., Schalling M., Schofield P. R., Schulze T. G., Scott L. J., Scott R. J., Serretti A., Shannon Weickert C., Smoller J. W., Stefansson H., Stefansson K., Stordal E., Streit F., Sullivan P. F., Turecki G., Vaaler A. E., Vieta E., Vincent J. B., Waldman I. D., Weickert T. W., Werge T., Wray N. R., Zwart J.-A., Biernacka J. M., Nurnberger J. I., Cichon S., Edenberg H. J., Stahl E. A., McQuillin A., Di Florio A., Ophoff R. A., Andreassen O. A., Genome-wide association study of more than 40,000 bipolar disorder cases provides new insights into the underlying biology. Nat. Genet. 53, 817–829 (2021). - PMC - PubMed
-
- Howard D. M., Adams M. J., Clarke T.-K., Hafferty J. D., Gibson J., Shirali M., Coleman J. R. I., Hagenaars S. P., Ward J., Wigmore E. M., Alloza C., Shen X., Barbu M. C., Xu E. Y., Whalley H. C., Marioni R. E., Porteous D. J., Davies G., Deary I. J., Hemani G., Berger K., Teismann H., Rawal R., Arolt V., Baune B. T., Dannlowski U., Domschke K., Tian C., Hinds D. A., 23andMe Research Team, Major Depressive Disorder Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium, Trzaskowski M., Byrne E. M., Ripke S., Smith D. J., Sullivan P. F., Wray N. R., Breen G., Lewis C. M., McIntosh A. M., Genome-wide meta-analysis of depression identifies 102 independent variants and highlights the importance of the prefrontal brain regions. Nat. Neurosci. 22, 343–352 (2019). - PMC - PubMed
Publication types
Grants and funding
- RF1 MH128970/MH/NIMH NIH HHS/United States
- R01 MH109897/MH/NIMH NIH HHS/United States
- R01 AG050986/AG/NIA NIH HHS/United States
- 75N95019C00049/DA/NIDA NIH HHS/United States
- R01 AG067025/AG/NIA NIH HHS/United States
- R01 AG065582/AG/NIA NIH HHS/United States
- U01 MH116438/MH/NIMH NIH HHS/United States
- U01 MH116442/MH/NIMH NIH HHS/United States
- ZIC MH002903/ImNIH/Intramural NIH HHS/United States
- I01 BX002395/BX/BLRD VA/United States
- R01 MH125246/MH/NIMH NIH HHS/United States
- R01 MH110921/MH/NIMH NIH HHS/United States
LinkOut - more resources
Full Text Sources
Medical