Genetic disorders are a leading cause of morbidity and mortality in infants. Rapid whole-genome sequencing (rWGS) can diagnose genetic disorders in time to change acute medical or surgical management (clinical utility) and improve outcomes in acutely ill infants. We report a retrospective cohort study of acutely ill inpatient infants in a regional children's hospital from July 2016-March 2017. Forty-two families received rWGS for etiologic diagnosis of genetic disorders. Probands also received standard genetic testing as clinically indicated. Primary end-points were rate of diagnosis, clinical utility, and healthcare utilization. The latter was modelled in six infants by comparing actual utilization with matched historical controls and/or counterfactual utilization had rWGS been performed at different time points. The diagnostic sensitivity of rWGS was 43% (eighteen of 42 infants) and 10% (four of 42 infants) for standard genetic tests (P = .0005). The rate of clinical utility of rWGS (31%, thirteen of 42 infants) was significantly greater than for standard genetic tests (2%, one of 42; P = .0015). Eleven (26%) infants with diagnostic rWGS avoided morbidity, one had a 43% reduction in likelihood of mortality, and one started palliative care. In six of the eleven infants, the changes in management reduced inpatient cost by $800,000-$2,000,000. These findings replicate a prior study of the clinical utility of rWGS in acutely ill inpatient infants, and demonstrate improved outcomes and net healthcare savings. rWGS merits consideration as a first tier test in this setting.

Automated phenotyping and interpretation of rapid whole-genome sequencing improve time to diagnosis of genetic diseases in hospitalized children.

Abstract The structure of the human neocortex underlies species-specific features and is a reflection of intricate developmental programs. Here we analyzed neocortical cellular lineages through a comprehensive assessment of brain somatic mosaicism—which acts as a neutral recorder of lineage history. We employed deep whole genome and variant sequencing in a single postmortem neurotypical human brain across 25 anatomic regions and three distinct modalities: bulk geographies, sorted cell types, and single nuclei. We identified 259 mosaic variants, revealing remarkable differences in localization, clonal abundance, cell type specificity, and clade distribution. We identified a set of hierarchical cellular diffusion barriers, whereby the left-right axis separation of the neocortex occurs prior to anterior-posterior and dorsal-ventral axis separation. We also found that stochastic distribution is a driver of clonal dispersion, and that rules regarding cellular lineages and anatomical boundaries are often ignored. Our data provides a comprehensive analysis of brain somatic mosaicism across the human cerebral cortex, deconvolving clonal distributions and migration patterns in the human embryo. One Sentence Summary Comprehensive evaluation of brain somatic mosaicism in the adult human identifies rules governing cellular distribution during embryogenesis.

Summary Every newborn harbors scores of new single nucleotide variants (SNVs) that may impact health and disease 1–4 ; the majority of these are contributed by the paternal germ cells 5 . In some cases, these mutations are identifiable in a subset of the parents’ cells—a phenomenon called mosaicism, which is capable of producing disease recurrence 6–8 . Here, we provide a comprehensive analysis of male gonadal mosaic mutations, employing 300× whole genome sequencing (WGS) of blood and sperm in 17 healthy individuals, including assessment across multiple samples and age groups. Approximately 1 in 15 healthy males is predicted to harbor a transmissible, likely pathogenic exonic variant that is mosaic in his sperm. In general, only a third of sperm mosaic mutations were detectable in blood cells, all were remarkably stable over the course of months to years, and 23% were present in 5% or more of sperm cells. There was no evidence of age-dependent clonal expansion or collapse, as seen in hematopoiesis. Thus, despite the observed increase of mutations in offspring of men with advanced paternal age, detectable sperm mosaicism remains stable, represents a life-long transmission risk to offspring, and suggests a testis stem cell niche that prevents widespread clonality.

Gonadal and gonosomal mosaicism describe phenomena in which a seemingly healthy individual carries a genetic variant in a subset of their gonadal tissue or gonadal and somatic tissue(s), respectively, with risk of transmitting the variant to their offspring. In families with one or more affected offspring, occurrence of the same apparently de novo variants can be an indicator of mosaicism in either parent. Panel-based deep sequencing has the capacity to detect low-level mosaic variants with coverage exceeding the typical limit of detection provided by current, readily available sequencing techniques. In this study, we report three families with more than one affected offspring with either confirmed or apparent parental gonosomal or gonadal mosaicism for PIK3CD pathogenic variants. Data from targeted deep sequencing was suggestive of low-level maternal gonosomal mosaicism in Family 1. Through this approach we did not detect pathogenic variants in PIK3CD from parental samples in Family 2 and Family 3. We conclude that mosaicism was likely confined to the maternal gonads in Family 2. Subsequent long-read genome sequencing in Family 3 showed that the paternal chromosome harbored the pathogenic variant in PIK3CD in both affected children, consistent with paternal gonadal mosaicism. Detection of parental mosaic variants enables accurate risk assessment, informs reproductive decision-making, and provides helpful context to inform clinical management in families with PIK3CD pathogenic variants.

BACKGROUND: Genetic disorders are a leading cause of morbidity and mortality in infants. Rapid Whole Genome Sequencing (rWGS) can diagnose genetic disorders in time to change acute medical or surgical management (clinical utility) and improve outcomes in acutely ill infants. METHODS: Retrospective cohort study of acutely ill inpatient infants in a regional childrens hospital from July 2016-March 2017. Forty-two families received rWGS for etiologic diagnosis of genetic disorders. Probands received standard genetic testing as clinically indicated. Primary end-points were rate of diagnosis, clinical utility, and healthcare utilization. The latter was modelled in six infants by comparing actual utilization with matched historical controls and/or counterfactual utilization had rWGS been performed at different time points. FINDINGS: The diagnostic sensitivity was 43% (eighteen of 42 infants) for rWGS and 10% (four of 42 infants) for standard of care (P=.0005). The rate of clinical utility for rWGS (31%, thirteen of 42 infants) was significantly greater than for standard of care (2%, one of 42; P=.0015). Eleven (26%) infants with diagnostic rWGS avoided morbidity, one had 43% reduction in likelihood of mortality, and one started palliative care. In six of the eleven infants, the changes in management reduced inpatient cost by $800, 000 to $2,000,000. DISCUSSION: These findings replicate a prior study of the clinical utility of rWGS in acutely ill inpatient infants, and demonstrate improved outcomes and net healthcare savings. rWGS merits consideration as a first tier test in this setting. Clinical trial registration ID #NCT02917460