Abstract Current evidence from case/control studies indicates that genetic risk for psychiatric disorders derives primarily from numerous common variants, each with a small phenotypic impact. The literature describing apparent segregation of bipolar disorder (BP) in numerous multigenerational pedigrees suggests that, in such families, large-effect inherited variants might play a greater role. To evaluate this hypothesis, we conducted genetic analyses in 26 Colombian (CO) and Costa Rican (CR) pedigrees ascertained for BP1, the most severe and heritable form of BP. In these pedigrees, we performed microarray SNP genotyping of 856 individuals and high-coverage whole-genome sequencing of 454 individuals. Compared to their unaffected relatives, BP1 individuals had higher polygenic risk scores estimated from SNPs associated with BP discovered in independent genome-wide association studies, and also displayed a higher burden of rare deleterious single nucleotide variants (SNVs) and rare copy number variants (CNVs) in genes likely to be relevant to BP1. Parametric and non-parametric linkage analyses identified 15 BP1 linkage peaks, encompassing about 100 genes, although we observed no significant segregation pattern for any particular rare SNVs and CNVs. These results suggest that even in extended pedigrees, genetic risk for BP appears to derive mainly from small to moderate effect rare and common variants.

ABSTRACT Purpose Epigenetic dysregulation has been associated with many inherited disorders. RBBP5 encodes a core member of the protein complex that methylates histone 3 lysine-4 (H3K4) and has not been implicated in human disease. Methods We identify five unrelated individuals with de novo heterozygous pathogenic variants in RBBP5 . Three truncating and two missense variants were identified in probands with neurodevelopmental symptoms including global developmental delay, intellectual disability, microcephaly, and short stature. Here, we investigate the pathogenicity of the variants through protein structural analysis and transgenic Drosophila models. Results Both missense p.T232I and p.E296D variants affect evolutionarily conserved amino acids and are expected to interfere with the interface between RBBP5 and the histones. In Drosophila, ubiquitous overexpression of human RBBP5 is lethal in the larval developmental stage. Loss of Rbbp5 leads to a reduction in brain size, and the human reference, p.T232I, or p.E296D variant transgenes fail to rescue loss of Rbbp5. Expression of either missense variant in an Rbbp5 null background results in a less severe microcephaly phenotype than the human reference, indicating both p.T232I and p.E296D variants are loss-of-function alleles. Conclusion De novo heterozygous variants in RBBP5 are associated with a syndromic neurodevelopmental disorder. Graphical abstract

The large hexanucleotide (GGGGCC) repeat expansion in the non-coding promoter region of C9orf72 is the leading cause of Frontotemporal Dementia (FTD) and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Mechanisms underlying neurodegeneration are not clear, and both a C9orf72 loss of function and a gain of toxicity, in the form of RNA foci or dipeptide repeat deposition, are implicated. CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas9-mediated genome editing is an attractive strategy for disease modeling and therapeutic intervention. Here we show that this system can be utilized to completely remove the large repeat expansion mutation within C9orf72 in patient-derived induced pluripotent stem (iPS) cells. Removal of the mutation prevented RNA foci formation and promoter hypermethylation, two phenotypes of the C9orf72 mutation. Interestingly, these changes did not significantly alter C9orf72 expression at the mRNA or protein level. This work provides a proof-of-principle for the use of CRISPR-Cas9-mediated excision of the pathogenic C9orf72 repeat expansion as a therapeutic strategy in FTD/ALS.

Tourette syndrome (TS) is highly heritable, although identification of its underlying genetic cause(s) has remained elusive. We examined a European ancestry sample composed of 2,435 TS cases and 4,100 controls for copy-number variants (CNVs) using SNP microarrays and identified two genome-wide significant loci that confer a substantial increase in risk for TS (NRXN1, OR=20.3, 95%CI [2.6-156.2], p=6.0 × 10-6; CNTN6, OR=10.1, 95% CI [2.3-45.4], p=3.7 × 10-5). Approximately 1% of TS cases carried one of these CNVs, indicating that rare structural variation contributes significantly to the genetic architecture of TS.

Transcript sequencing of patient derived samples has been shown to improve the diagnostic yield for solving cases of likely Mendelian disorders, yet the added benefit of full-length long-read transcript sequencing is largely unexplored.We applied short-read and full-length isoform cDNA sequencing and mitochondrial functional studies to a patient-derived fibroblast cell line from an individual with neuropathy that previously lacked a molecular diagnosis.We identified an intronic homozygous MFN2 c.600-31T>G variant that disrupts a branch point critical for intron 6 spicing. Full-length long-read isoform cDNA sequencing after treatment with a nonsense-mediated mRNA decay (NMD) inhibitor revealed that this variant creates five distinct altered splicing transcripts. All five altered splicing transcripts have disrupted open reading frames and are subject to NMD. Furthermore, a patient-derived fibroblast line demonstrated abnormal lipid droplet formation, consistent with MFN2 dysfunction. Although correctly spliced full-length MFN2 transcripts are still produced, this branch point variant results in deficient MFN2 protein levels and autosomal recessive Charcot-Marie-Tooth disease, axonal, type 2A (CMT2A).This case highlights the utility of full-length isoform sequencing for characterizing the molecular mechanism of undiagnosed rare diseases and expands our understanding of the genetic basis for CMT2A.

Most population isolates examined to date were founded from a single ancestral population. Consequently, there is limited knowledge about the demographic history of admixed population isolates. Here we investigate genomic diversity of recently admixed population isolates from Costa Rica and Colombia and compare their diversity to a benchmark population isolate, the Finnish. These Latin American isolates originated during the 16th century from admixture between a few hundred European males and Amerindian females, with a limited contribution from African founders. We examine whole genome sequence data from 449 individuals, ascertained as families to build mutigenerational pedigrees, with a mean sequencing depth of coverage of approximately 24X. We find that Latin American isolates have increased genetic diversity relative to the Finnish. However, there is an increase in the amount of identity by descent (IBD) segments in the Latin American isolates relative to the Finnish. The increase in IBD segments is likely a consequence of a very recent and severe population bottleneck during the founding of the admixed population isolates. Furthermore, the proportion of the genome that falls within a long run of homozygosity (ROH) in Costa Rican and Colombian individuals was significantly greater than that in the Finnish, suggesting more recent consanguinity in the Latin American isolates relative to that seen in the Finnish. Lastly, we found that recent consanguinity increased the number of deleterious variants found in the homozygous state, which is relevant if deleterious variants are recessive. Our study suggests there is no single genetic signature of a population isolate.

Purpose: Clinical whole genome sequencing is becoming more common for determining the molecular diagnosis of rare disease. However, standard clinical practice often focuses on small variants such as single nucleotide variants and small insertions/deletions. This leaves a wide range of larger "structural variants" that are not commonly analyzed in patients. Methods: We developed a pipeline for processing structural variants for patients who received whole genome sequencing through the Undiagnosed Diseases Network (UDN). This pipeline called structural variants, stored them in an internal database, and filtered the variants based on internal frequencies and external annotations. The remaining variants were manually inspected and then interesting findings were reported as research variants to clinical sites in the UDN. Results: Of 477 analyzed UDN cases, 286 cases (≈ 60%) received at least one structural variant as a research finding. The variants in 16 cases (≈ 4%) are considered "Certain" or "Highly likely" molecularly diagnosed and another 4 cases are currently in review. Of those 20 cases, at least 13 were identified originally through our pipeline with one finding leading to identification of a new disease. As part of this paper, we have also released the collection of variant calls identified in our cohort along with heterozygous and homozygous call counts. This data is available at https://github.com/HudsonAlpha/UDN\_SV\_export. Conclusion: Structural variants are key genetic features that should be analyzed during routine clinical genomic analysis. For our UDN patients, structural variants helped solve ≈ 4% of the total number of cases (≈ 13% of all genome sequencing solves), a success rate we expect to improve with better tools and greater understanding of the human genome.