Abstract The majority of patients undergoing exome or genome sequencing receive a nondiagnostic result. Periodic reanalysis is known to increase diagnostic yield from exome sequencing, yet laboratory reanalysis practices are obscure. We sought to define the landscape of exome and genome reanalysis across clinical laboratories. Genetic testing registries were queried to identify eligible clinical genetic laboratories offering exome and/or genome sequencing in the United States. A survey administered to lab representatives investigated reanalysis offerings, policies, perceived uptake, bioinformatic steps, and billing options. The analysis consisted of descriptive statistics. Survey data were collected from 30 of 32 eligible laboratories (93%), comprising 28 exome products and 13 genome products. Reanalysis was widely available for both exomes ( n = 27/28, 96%) and genomes ( n = 12/13, 92%). Most participating laboratories required ordering providers to initiate reanalysis ( n = 24/28, 86%). Most respondents estimated providers initiated reanalysis in less than 10% of all exomes ( n = 12/22) or genomes ( n = 6/9) sequenced. The approach to reanalysis varied greatly by laboratory. Laboratory approaches to exome and genome reanalysis are highly variable and typically require provider initiation. This could contribute to low reanalysis uptake and increased administrative burden on providers. Further work should emphasize development of clinical exome and genome reanalysis standards.

EIF2AK1 and EIF2AK2 encode members of the Eukaryotic Translation Initiation Factor 2 Alpha Kinase (EIF2AK) family that inhibits protein synthesis in response to physiologic stress conditions. EIF2AK2 is also involved in innate immune response and the regulation of signal transduction, apoptosis, cell proliferation, and differentiation. Despite these findings, human disorders associated with deleterious variants in EIF2AK1 and EIF2AK2 have not been reported. Here, we describe the identification of eight unrelated individuals with heterozygous de novo missense variants in EIF2AK1 (1/8) or EIF2AK2 (7/8). Features seen in these eight individuals include white matter alterations (8/8), developmental delay (8/8), impaired language (8/8), cognitive impairment (7/8), ataxia (6/8), dysarthria in probands with verbal ability (6/6), hypotonia (6/8), hypertonia (5/8), and involuntary movements (3/8). Individuals with EIF2AK2 variants also exhibit neurological regression in the setting of febrile illness or infection. We use mammalian cell lines and patient-derived fibroblasts to further confirm the pathogenicity of variants in these genes and found reduced kinase activity. EIF2AKs phosphorylate Eukaryotic Translation Initiation Factor 2 Subunit 1, (EIF2S1, also known as EIF2a), which then inhibits EIF2B activity. Deleterious variants in genes encoding EIF2B proteins cause childhood ataxia with central nervous system hypomyelination/vanishing white matter disease (CACH/VWM), a leukoencephalopathy characterized by neurologic regression in the setting of febrile illness and other stressors. Our findings indicate that EIF2AK2 missense variants cause a neurodevelopmental syndrome that may share phenotypic and pathogenic mechanisms with CACH/VWM.

Abstract Tandem repeats (TRs) are polymorphic sequences of DNA that are composed of repeating units of motifs, whose lengths can vary depending on the type of TR. Expansions of TRs are responsible for approximately 50 monogenic diseases, compared to over 4,300 disease causing genes disrupted by single nucleotide variants and small indels. It appears thus reasonable to expect the discovery of additional pathogenic repeat expansions, which has the potential of significantly narrowing the current diagnostic gap in many diseases. Recently, short and long-read whole genome sequencing with the use of advanced bioinformatics tools, have identified a growing number of TR expansions in the human population. The majority of these loci are expanded in <1% of genomes. Categorizing and prioritizing such TR loci is a growing challenge to human genomic studies. We present a first-in-class machine learning tool, RExPRT (Repeat EXpansion Pathogenicity pRediction Tool), which is designed to distinguish pathogenic from benign TR expansions. Leave-one-out cross validation results demonstrated that an ensemble approach comprised of support vector machines (SVM) and extreme gradient boosted decision tree (XGB) classify TRs with a precision of 92% and a recall of 90%. Further validation of RExPRT on unseen test data demonstrate a similar precision of 86%, and a recall of 60%. RExPRT’s high precision in particular, will be of significant value to large-scale discovery studies, which require the prioritization of promising candidate loci for time-consuming and costly functional follow-up studies. Application of RExPRT to ~800,000 TRs in the reference genome identified ~30,000 TRs that would be likely pathogenic upon expansion. Thus, RExPRT establishes a foundation for the application of machine learning approaches to categorize the pathogenicity of tandem repeat loci.