Bayesian weighted Mendelian randomization for causal inference based on summary statistics

孟德尔随机化 推论 因果推理 计算机科学 协变量 多效性 贝叶斯推理 贝叶斯概率 全基因组关联研究 机器学习 人工智能 数据挖掘 计量经济学 数学 生物 遗传变异 生物化学 基因 基因型 单核苷酸多态性 表型
作者
Jia Zhao,Jingsi Ming,Xianghong Hu,Gang Chen,Jin Liu,Can Yang
出处
期刊:Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:36 (5): 1501-1508 被引量:101
标识
DOI:10.1093/bioinformatics/btz749
摘要

Abstract Motivation The results from Genome-Wide Association Studies (GWAS) on thousands of phenotypes provide an unprecedented opportunity to infer the causal effect of one phenotype (exposure) on another (outcome). Mendelian randomization (MR), an instrumental variable (IV) method, has been introduced for causal inference using GWAS data. Due to the polygenic architecture of complex traits/diseases and the ubiquity of pleiotropy, however, MR has many unique challenges compared to conventional IV methods. Results We propose a Bayesian weighted Mendelian randomization (BWMR) for causal inference to address these challenges. In our BWMR model, the uncertainty of weak effects owing to polygenicity has been taken into account and the violation of IV assumption due to pleiotropy has been addressed through outlier detection by Bayesian weighting. To make the causal inference based on BWMR computationally stable and efficient, we developed a variational expectation-maximization (VEM) algorithm. Moreover, we have also derived an exact closed-form formula to correct the posterior covariance which is often underestimated in variational inference. Through comprehensive simulation studies, we evaluated the performance of BWMR, demonstrating the advantage of BWMR over its competitors. Then we applied BWMR to make causal inference between 130 metabolites and 93 complex human traits, uncovering novel causal relationship between exposure and outcome traits. Availability and implementation The BWMR software is available at https://github.com/jiazhao97/BWMR. Supplementary information Supplementary data are available at Bioinformatics online.
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