The KOLF2.1J iPSC line was recently proposed as a reference iPSC to promote the standardization of research studies in the stem cell field. Due to overall good performance differentiating to neural cell lineages, high gene editing efficiency, and absence of genetic variants associated to neurological disorders KOLF2.1J iPSC line was particularly recommended for neurodegenerative disease modeling. However, our work uncovers that KOLF2.1J hPSCs carry heterozygous small copy number variants (CNVs) that cause DTNBP1, JARID2 and ASTN2 haploinsufficiencies, all of which are associated with neurological disorders. We further determine that these CNVs arose in vitro over the course of KOLF2.1J iPSC generation from a healthy donor-derived KOLF2 iPSC line and affect the expression of DNTBP1, JARID2 and ASTN2 proteins in KOLF2.1J iPSCs and neural progenitors. Therefore, our study suggests that KOLF2.1J iPSCs carry genetic variants that may be deleterious for neural cell lineages. This data is essential for a careful interpretation of neural cell studies derived from KOLF2.1J iPSCs and highlights the need for a catalogue of iPSC lines that includes a comprehensive genome characterization analysis.

Purpose: RNA-seq is a promising approach to improve diagnoses by detecting pathogenic aberrations in RNA splicing that are missed by DNA sequencing. RNA-seq is typically performed on clinically-accessible tissues (CATs) from blood and skin. RNA tissue-specificity makes it difficult to identify aberrations in relevant but non-accessible tissues (non-CATs). We determined how RNA-seq from CATs represent splicing in and across genes and non-CATs. Methods: We quantified RNA splicing in 801 RNA-seq samples from 56 different adult and fetal tissues from GTEx and ArrayExpress. We identified genes and splicing events in each non-CAT and determined when RNA-seq in each CAT would inadequately represent them. We developed an online resource, MAJIQ-CAT, for exploring our analysis for specific genes and tissues. Results: In non-CATs, 39.7% of genes have splicing that is inadequately represented by at least one CAT. 6.2% of genes have splicing inadequately represented by all CATs. A majority (52.8%) of inadequately represented genes are lowly expressed in CATs (TPM < 1), but 6.2% are inadequately represented despite being well expressed (TPM > 10). Conclusion: Many splicing events in non-CATs are inadequately evaluated using RNA-seq from CATs. MAJIQ-CAT allows users to explore which accessible tissues, if any, best represent splicing in genes and tissues of interest.

CTNND1 encodes the p120-catenin (p120) protein, which has a wide range of functions, including the maintenance of cell-cell junctions, regulation of the epithelial-mesenchymal transition and transcriptional signaling. Due to advances in next generation sequencing, CTNND1 has been implicated in human diseases including cleft palate and blepharocheilodontic syndrome (BCD) albeit only recently. In this study, we identify eight novel protein-truncating variants, six de novo, in thirteen participants presenting with craniofacial dysmorphisms including cleft palate and hypodontia, as well as congenital cardiac anomalies, limb dysmorphologies and neurodevelopmental disorders. Using conditional deletions in mice as well as CRISPR/Cas9 approaches to target CTNND1 in Xenopus, we identified a subset of phenotypes that can be linked to p120-catenin in epithelial integrity and turnover, and additional phenotypes that suggest mesenchymal roles of CTNND1. We propose that CTNND1 variants have a wider developmental role than previously described, and that variations in this gene underlie not only cleft palate and BCD but may be expanded to a broader velocardiofacial-like syndrome.

Zinc and RING finger 3 (ZNRF3) is a negative-feedback regulator of Wnt/β-catenin signaling, which plays an important role in human brain development. Although somatically frequently mutated in cancer, germline variants in ZNRF3 have not been established as causative for neurodevelopmental disorders (NDDs). We identified 12 individuals with ZNRF3 variants and various phenotypes via GeneMatcher/Decipher and evaluated genotype-phenotype correlation. We performed structural modeling and representative deleterious and control variants were assessed using in vitro transcriptional reporter assays with and without Wnt-ligand Wnt3a and/or Wnt-potentiator R-spondin (RSPO). Eight individuals harbored de novo missense variants and presented with NDD. We found missense variants associated with macrocephalic NDD to cluster in the RING ligase domain. Structural modeling predicted disruption of the ubiquitin ligase function likely compromising Wnt receptor turnover. Accordingly, the functional assays showed enhanced Wnt/β-catenin signaling for these variants in a dominant negative manner. Contrarily, an individual with microcephalic NDD harbored a missense variant in the RSPO-binding domain predicted to disrupt binding affinity to RSPO and showed attenuated Wnt/β-catenin signaling in the same assays. Additionally, four individuals harbored de novo truncating or de novo or inherited large in-frame deletion variants with non-NDD phenotypes, including heart, adrenal, or nephrotic problems. In contrast to NDD-associated missense variants, the effects on Wnt/β-catenin signaling were comparable between the truncating variant and the empty vector and between benign variants and the wild type. In summary, we provide evidence for mirror brain size phenotypes caused by distinct pathomechanisms in Wnt/β-catenin signaling through protein domain-specific deleterious ZNRF3 germline missense variants.

Abstract Whole exome and genome sequencing, coupled with refined bioinformatic pipelines, have enabled improved diagnostic yields for individuals with Mendelian conditions and have led to the rapid identification of novel syndromes. For many Mendelian neurodevelopmental disorders (NDDs), there is a lack of pre-existing model systems for mechanistic work. Thus, it is critical for translational researchers to have an accessible phenotype- and genotype-informed approach for model system selection. Single-cell RNA sequencing data can be informative in such an approach, as it can indicate which cell types express a gene of interest at the highest levels across time. For Mendelian NDDs, such data for the developing human brain is especially useful. A valuable single-cell RNA sequencing dataset of the second trimester developing human brain was produced by Bhaduri et al in 2021, but access to these data can be limited by computing power and the learning curve of single-cell data analysis. To reduce these barriers for translational research on Mendelian NDDs, we have built the web-based tool, Neuro development in Tri mester 2 - VI sualization of S ingle cell D ata O nline T ool (NeuroTri2-VISDOT), for exploring this single-cell dataset, and we have employed it in several different settings to demonstrate its utility for the translational research community.

ABSTRACT Background Bryant-Li-Bhoj neurodevelopmental syndrome (BLBS) is neurogenetic disorder caused by variants in H3-3A and H3-3B, the two genes that encode the histone H3.3 protein. Ninety-nine percent of individuals with BLBS show developmental delay/intellectual disability, but the mechanism by which variants in H3.3 result in these phenotypes is not yet understood. As a result, only palliative interventions are available to individuals living with BLBS. Methods Here, we investigate how one BLBS-causative variant, H3-3B p.Leu48Arg (L48R), affects neurodevelopment using an induced pluripotent stem cell (iPSC) model differentiated to 2D neural progenitor cells (NPCs), 2D forebrain neurons (FBNs), and 3D dorsal forebrain organoids (DFBOs). We employ a multi-omic approach in the 2D models to quantify the resulting changes in gene expression and chromatin accessibility. We used immunofluorescence (IF) staining to define the identities of cells in the 3D DFBOs. Results In the 2D systems, we found dysregulation of both gene expression and chromatin accessibility of genes important for neuronal fate, maturation, and function in H3.3 L48R compared to control. Our work in 3D organoids corroborates these findings, demonstrating altered proportions of radial glia and mature neuronal cells. Conclusions These data provide the first mechanistic insights into the pathogenesis of BLBS from a human-derived model of neurodevelopment, which suggest that the L48R increases H3-3B expression, resulting in the hyper-deposition of H3.3 into the nucleosome which underlies changes in gene expression and chromatin accessibility. Functionally, this causes dysregulation of cell adhesion, neurotransmission, and the balance between excitatory and inhibitory signaling. These results are a crucial step towards preclinical development and testing of targeted therapies for this and related disorders.