We report the diagnostic yield of whole-exome sequencing (WES) in 3,040 consecutive cases at a single clinical laboratory.WES was performed for many different clinical indications and included the proband plus two or more family members in 76% of cases.The overall diagnostic yield of WES was 28.8%. The diagnostic yield was 23.6% in proband-only cases and 31.0% when three family members were analyzed. The highest yield was for patients who had disorders involving hearing (55%, N = 11), vision (47%, N = 60), the skeletal muscle system (40%, N = 43), the skeletal system (39%, N = 54), multiple congenital anomalies (36%, N = 729), skin (32%, N = 31), the central nervous system (31%, N = 1,082), and the cardiovascular system (28%, N = 54). Of 2,091 cases in which secondary findings were analyzed for 56 American College of Medical Genetics and Genomics-recommended genes, 6.2% (N = 129) had reportable pathogenic variants. In addition to cases with a definitive diagnosis, in 24.2% of cases a candidate gene was reported that may later be reclassified as being associated with a definitive diagnosis.Our experience with our first 3,040 WES cases suggests that analysis of trios significantly improves the diagnostic yield compared with proband-only testing for genetically heterogeneous disorders and facilitates identification of novel candidate genes.Genet Med 18 7, 696-704.

Adult-onset inflammatory syndromes often manifest with overlapping clinical features. Variants in ubiquitin-related genes, previously implicated in autoinflammatory disease, may define new disorders.

We evaluated >8500 consecutive, unselected patients with epilepsy and neurodevelopmental disorders who underwent multigene panel testing to determine the average age at molecular diagnosis and diagnostic yield of 70 genes.We reviewed molecular test results for 70 genes known to cause epilepsy and neurodevelopmental disorders using next generation sequencing (NGS) and exon-level array comparative genomic hybridization (aCGH). A positive result was defined as the presence of 1 or 2 pathogenic or likely pathogenic (P/LP) variants in a single gene, depending on the mode of inheritance of the associated disorder.Overall, 22 genes were found to have a high yield of positive findings by genetic testing, with SCN1A and KCNQ2 accounting for the greatest number of positive findings. In contrast, there were no positive findings in 16 genes. Most of the P/LP variants were sequence changes identified by NGS (90.9%), whereas ~9% were gross deletions or duplications detected by exon-level aCGH. The mean age of molecular diagnosis for the cohort was 5 years, 8 months (ranging from 1 week to 47 years). Recurrent P/LP variants were observed in 14 distinct genes, most commonly in MECP2, KCNQ2, SCN1A, SCN2A, STXBP1, and PRRT2. Parental testing was performed in >30% of positive cases. All variants identified in CDKL5, STXBP1, SCN8A, GABRA1, and FOXG1 were de novo, whereas 85.7% of variants in PRRT2 were inherited.Using a combined approach of NGS and exon-level aCGH, testing identified a genetic etiology in 15.4% of patients in this cohort and revealed the age at molecular diagnosis for patients. Our study highlights both high- and low-yield genes associated with epilepsy and neurodevelopmental disorders, indicating which genes may be considered for molecular diagnostic testing.

Importance Atrial fibrillation (AF) has a substantial genetic component. The importance of polygenic risk is well established, while the contribution of rare variants to disease risk warrants characterization in large cohorts. Objective To identify rare predicted loss-of-function (pLOF) variants associated with AF and elucidate their role in risk of AF, cardiomyopathy (CM), and heart failure (HF) in combination with a polygenic risk score (PRS). Design, Setting, and Participants This was a genetic association and nested case-control study. The impact of rare pLOF variants was evaluated on the risk of incident AF. HF and CM were assessed in cause-specific Cox regressions. End of follow-up was July 1, 2022. Data were analyzed from January to October 2023. The UK Biobank enrolled 502 480 individuals aged 40 to 69 years at inclusion in the United Kingdom between March 13, 2006, and October 1, 2010. UK residents of European ancestry were included. Individuals with prior diagnosis of AF were excluded from analyses of incident AF. Exposures Rare pLOF variants and an AF PRS. Main Outcomes and Measures Risk of AF and incident HF or CM prior to and subsequent to AF diagnosis. Results A total of 403 990 individuals (218 489 [54.1%] female) with a median (IQR) age of 58 (51-63) years were included; 24 447 were diagnosed with incident AF over a median (IQR) follow-up period of 13.3 (12.4-14.0) years. Rare pLOF variants in 6 genes ( TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , KDM5B , and C10orf71 ) were associated with AF. Of these, TTN , RPL3L , PKP2 , CTNNA3 , and KDM5B replicated in an external cohort. Combined with high PRS, rare pLOF variants conferred an odds ratio of 7.08 (95% CI, 6.03-8.28) for AF. Carriers with high PRS also had a substantial 10-year risk of AF (16% in female individuals and 24% in male individuals older than 60 years). Rare pLOF variants were associated with increased risk of CM both prior to AF (hazard ratio [HR], 3.13; 95% CI, 2.24-4.36) and subsequent to AF (HR, 2.98; 95% CI, 1.89-4.69). Conclusions and Relevance Rare and common genetic variation were associated with an increased risk of AF. The findings provide insights into the genetic underpinnings of AF and may aid in future genetic risk stratification.

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.

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.

Developmental and/or epileptic encephalopathies (DEEs) are a group of devastating genetic disorders, resulting in early onset, therapy resistant seizures and developmental delay. Here we report on 12 individuals from 10 families presenting with a severe form of intractable epilepsy, severe developmental delay, progressive microcephaly and visual disturbance. Whole exome sequencing identified a recurrent, homozygous variant (chr2:64083454A>G) in the essential UDP-glucose pyrophosphorylase (UGP2) gene in all probands. This rare variant results in a tolerable Met12Val missense change of the longer UGP2 protein isoform but causes a disruption of the start codon of the shorter isoform. We show that the absence of the shorter isoform leads to a reduction of functional UGP2 enzyme in brain cell types, leading to altered glycogen metabolism, upregulated unfolded protein response and premature neuronal differentiation, as modelled during pluripotent stem cell differentiation in vitro. In contrast, the complete lack of all UGP2 isoforms leads to differentiation defects in multiple lineages in human cells. Reduced expression of Ugp2a/Ugp2b in vivo in zebrafish mimics visual disturbance and mutant animals show a behavioral phenotype. Our study identifies a recurrent start codon mutation in UGP2 as a cause of a novel autosomal recessive DEE. Importantly, it also shows that isoform specific start-loss mutations causing expression loss of a tissue relevant isoform of an essential protein can cause a genetic disease, even when an organism-wide protein absence is incompatible with life. We provide additional examples where a similar disease mechanism applies.

Background: Our knowledge of X-linked Alport Syndrome comes mostly from selected cohorts with more severe disease. Methods: We examined the phenotypic spectrum of X-linked Alport Syndrome in males and females with a genotype-based approach using data from the Geisinger MyCode DiscovEHR study, an unselected health system-based cohort with exome sequencing and electronic health records. Patients with COL4A5 variants reported as pathogenic or likely pathogenic in ClinVar, or protein-truncating variants, were each matched with up to 5 controls without COL4A3/4/5 variants by sociodemographics, diabetes diagnosis, and year of first outpatient encounter. Phenotypes examined included dipstick hematuria, bilateral sensorineural hearing loss, proteinuria, decreased estimated glomerular filtration rate, and kidney failure. Results: Out of 170,856 patients, there were 29 hemizygous males (mean age 52 y [SD 20]) and 55 heterozygous females (mean age 59 y [SD 19]) with a pathogenic/likely pathogenic COL4A5 variant, including 48 with the hypomorphic variant p.Gly624Asp. Overall, penetrance (having any Alport Syndrome phenotypic feature) was highest for non-p.Gly624Asp variants (males: 94%, females: 85%), intermediate for p.Gly624Asp (males: 77%, females: 69%), compared to controls (males: 32%; females: 50%). The proportion with kidney failure was highest for males with non-p.Gly624Asp variants (44%), intermediate for males with p.Gly624Asp (15%) and females with non-p.Gly624Asp variants (10%), compared to controls (males: 3%, females 2%). Only 47% of individuals with COL4A5 had completed albuminuria screening, and a minority were taking renin-angiotensin aldosterone system inhibitors. Only 38% of males and 16% of females had a known diagnosis of Alport Syndrome or thin basement membrane disease. Conclusions: Using a genotype-first approach, we show that men and women with X-linked Alport Syndrome are at higher risk of related phenotypic features with a wider spectrum of severity than has been described previously and variability by genotype.