Mutations in the SCN1A gene have been identified in epilepsy patients with widely variable phenotypes and modes of inheritance and in asymptomatic carriers. This raises challenges in evaluating the pathogenicity of SCN1A mutations. We systematically reviewed all SCN1A mutations and established a database containing information on functional alterations. In total, 1,257 mutations have been identified, of which 81.8% were not recurrent. There was a negative correlation between phenotype severity and missense mutation frequency. Further analyses suggested close relationships among genotype, functional alteration, and phenotype. Missense mutations located in different sodium channel regions were associated with distinct functional changes. Missense mutations in the pore region were characterized by the complete loss of function, similar to haploinsufficiency. Mutations with severe phenotypes were more frequently located in the pore region, suggesting that functional alterations are critical in evaluating pathogenicity and can be applied to patient management. A negative correlation was found between phenotype severity and familial incidence, and incomplete penetrance was associated with missense and splice site mutations, but not truncations or genomic rearrangements, suggesting clinical genetic counseling applications. Mosaic mutations with a load of 12.5–25.0% were potentially pathogenic with low penetrance, suggesting the need for future studies on less pathogenic genomic variations.

Abstract The human life depends on the function of proteins that are encoded by about twenty-thousand genes. The gene-disease associations in majority genes are unknown and the mechanisms underlying pathogenicity of genes/variants and common diseases remain unclear. We studied how human life depends on the genes, i.e., the genetic-dependence, which was classified as genetic-dependent nature (GDN, vital consequence of abolishing a gene), genetic-dependent quantity (GDQ, quantitative genetic function required for normal life), and genetic-dependent stage (GDS, temporal expression pattern). Each gene differs in genetic-dependent features, which determines the gene-disease association extensively. The GDN is associated with the pathogenic potential/feature of genes and the strength of pathogenicity. The GDQ-damage relation determines the pathogenicity of variants and subsequently the pathogenic genotype, phenotype spectrum, and inheritance of variants. The GDS is mainly associated with the onset age/evolution/outcome and the nature of genetic disorders (disease/susceptibility). The varied and quantitative genetic-dependent feature of genome explains common mild phenotype/susceptibility. The genetic-dependence discloses the mechanisms underlying pathogenicity of gene/variants and common diseases. One sentence summary Genetic dependent feature differs in genes and determines pathogenicity of genes/variants and the clinical features of genetic diseases.

High-throughput sequencing has identified numerous intronic variants in the SCN1A gene in epilepsy patients. Abnormal mRNA splicing caused by these variants can lead to significant phenotypic differences, but the mechanisms of epileptogenicity and phenotypic differences remain unknown. Two variants, c.4853-1 G>C and c.4853-25 T>A, were identified in intron 25 of SCN1A, which were associated with severe Dravet syndrome (DS) and mild focal epilepsy with febrile seizures plus (FEFS+), respectively. The impact of these variants on protein expression, electrophysiological properties of sodium channels and their correlation with epilepsy severity was investigated through plasmid construction and transfection based on the aberrant spliced mRNA. We found that the expression of truncated mutant proteins was significantly reduced on the cell membrane, and retained in the cytoplasmic endoplasmic reticulum. The mutants caused a decrease in current density, voltage sensitivity, and an increased vulnerability of channel, leading to a partial impairment of sodium channel function. Notably, the expression of DS-related mutant protein on the cell membrane was higher compared to that of FEFS+-related mutant, whereas the sodium channel function impairment caused by DS-related mutant was comparatively milder than that caused by FEFS+-related mutant. Our study suggests that differences in protein expression levels and altered electrophysiological properties of sodium channels play important roles in the manifestation of diverse epileptic phenotypes. The presence of intronic splice site variants may result in severe phenotypes due to the dominant-negative effects, whereas deep intronic variants leading to haploinsufficiency could potentially cause milder phenotypes.

Patients with preeclampsia display a spectrum of onset time and severity of clinical presentation, yet the underlying molecular bases for the early-onset and late-onset clinical subtypes are not known. Since the root cause of PE is thought to be located in the placentae, we carried out RNA-seq on 65 high-quality placenta samples, including 33 from 30 patients and 32 from 30 control subjects, to search for molecular features. We identified two functionally distinct sets of dysregulated genes in two major subtypes: metabolism-related genes, notably transporter genes, in early-onset severe preeclampsia and immune-related genes in late-onset severe preeclampsia, while the late-onset mild preeclampsia could not be distinguished from normal controls. A small number of dysregulated transcription factors may drive the widespread gene dysregulation in both early-onset and late-onset patients. These results suggest that early-onset and late-onset severe preeclampsia have different molecular mechanisms, whereas the late-onset mild preeclampsia may have no placenta-specific causal factors.

Abstract Background The TSC1 gene encodes a growth inhibitory protein hamartin, which plays a crucial role in negative regulation of the activity of mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1). TSC1 has been associated with tuberous sclerosis complex (TSC). This study aims to investigate the association between TSC1 variants and common epilepsy. Methods Trio-based whole-exome sequencing was performed in epilepsy patients without acquired etiologies from the China Epilepsy Gene 1.0 Project platform. The pathogenicity of the variants was evaluated according to the American College of Medical Genetics and Genomic (ACMG) guidelines. Results Two TSC1 de novo variants, including c.1498 C > T/p.Arg500* and c.2356 C > T/p.Arg786*, were identified in two patients with developmental and epileptic encephalopathy (DEE). The patients exhibited frequent seizures and neurodevelopmental delay. Additionally, we identified two heterozygous TSC1 variants that affected four individuals with focal epilepsy from two unrelated families. The four probands did not present any typical symptom of TSC and had normal brain MRI findings. The four variants were absent in the Genome Aggregation Database (gnomAD) and were predicted to be damaging with a in silico prediction tool. Based on the ACMG guidelines, the four variants were evaluated to be “pathogenic” or “likely pathogenic”. Of the patients in the China Epilepsy Gene 1.0 Project, 22 patients carried TSC1 variants and were diagnosed with TSC. The ratio of patients carrying TSC1 variants with or without TSC is about 5:1. Conclusions TSC1 is potentially associated with common epilepsy without tuberous sclerosis.