De novo mutations (DNMs) in protein-coding genes are a well-established cause of developmental disorders (DD). However, known DD-associated genes only account for a minority of the observed excess of such DNMs. To identify novel DD-associated genes, we integrated healthcare and research exome sequences on 31,058 DD parent-offspring trios, and developed a simulation-based statistical test to identify gene-specific enrichments of DNMs. We identified 285 significantly DD-associated genes, including 28 not previously robustly associated with DDs. Despite detecting more DD-associated genes than in any previous study, much of the excess of DNMs of protein-coding genes remains unaccounted for. Modelling suggests that over 1,000 novel DD-associated genes await discovery, many of which are likely to be less penetrant than the currently known genes. Research access to clinical diagnostic datasets will be critical for completing the map of dominant DDs.

De novo mutations (DNMs) in protein-coding genes are a well-established cause of developmental disorders (DD). However, known DD-associated genes only account for a minority of the observed excess of such DNMs. To identify novel DD-associated genes, we integrated healthcare and research exome sequences on 31,058 DD parent-offspring trios, and developed a simulation-based statistical test to identify gene-specific enrichments of DNMs. We identified 299 significantly DD-associated genes, including 49 not previously robustly associated with DDs. Despite detecting more DD-associated genes than in any previous study, much of the excess of DNMs of protein-coding genes remains unaccounted for. Modelling suggests that over 500 novel DD-associated genes await discovery, many of which are likely to be less penetrant than the currently known genes. Research access to clinical diagnostic datasets will be critical for completing the map of dominant DDs.

To identify novel candidate intellectual disability genes, we performed a meta-analysis on 2,637 de novo mutations, identified from the exomes of 2,104 ID trios. Statistical analyses identified 10 novel candidate ID genes, including DLG4, PPM1D, RAC1, SMAD6, SON, SOX5, SYNCRIP, TCF20, TLK2 and TRIP12. In addition, we show that these genes are intolerant to non-synonymous variation, and that mutations in these genes are associated with specific clinical ID phenotypes.

Defects in histone methyltransferases (HMTs) are major contributing factors in neurodevelopmental disorders (NDDs). Heterozygous variants of SETD1A involved in histone H3 lysine 4 (H3K4) methylation were previously identified in individuals with schizophrenia. Here, we define the clinical features of the Mendelian syndrome associated with haploinsufficiency of SETD1A by investigating 15 predominantly pediatric individuals who all have de novo SETD1A variants. These individuals present with a core set of symptoms comprising global developmental delay and/or intellectual disability, subtle facial dysmorphisms, behavioral and psychiatric problems. We examined cellular phenotypes in three patient derived lymphoblastoid cell lines with three variants: p.Gly535Alafs*12, c.4582-2_4582delAG, and p.Tyr1499Asp. These patient cell lines displayed DNA damage repair defects that were comparable to previously observed RNAi-mediated depletion of SETD1A . This suggested that these variants, including the p.Tyr1499Asp in the catalytic SET domain, behave as Loss-of-Function (LoF) alleles. Previous studies demonstrated a role for SETD1A in cell cycle control and differentiation. However, individuals with SETD1A variants do not show major structural brain defects or severe microcephaly, suggesting that defective proliferation and differentiation of neural progenitors is unlikely the single underlying cause of the disorder. We show here that the Drosophila Melanogaster SETD1A orthologue is required in postmitotic neurons of the fly brain for normal memory, suggesting a role in post development neuronal function. Together, this study defines a neurodevelopmental disorder caused by dominant de novo LoF variants in SETD1A and further supports a role for H3K4 methyltransferases in the regulation of neuronal processes underlying normal cognitive functioning.