Identification of chromosomal aneuploidies and copy number variants that are associated with fetal structural anomalies has substantial value. Although whole-exome sequencing (WES) has been applied to case series of a few selected prenatal cases, its value in routine clinical settings has not been prospectively assessed in a large unselected cohort of fetuses with structural anomalies. We therefore aimed to determine the incremental diagnostic yield (ie, the added value) of WES following uninformative results of standard investigations with karyotype testing and chromosomal microarray in an unselected cohort of sequential pregnancies showing fetal structural anomalies.In this prospective cohort study, the parents of fetuses who were found to have a structural anomaly in a prenatal ultrasound were screened for possible participation in the study. These participants were predominantly identified in or were referred to the Columbia University Carmen and John Thain Center for Prenatal Pediatrics (New York, NY, USA). Fetuses with confirmed aneuploidy or a causal pathogenic copy number variant were excluded from WES analyses. By use of WES of the fetuses and parents (parent-fetus trios), we identified genetic variants that indicated an underlying cause (diagnostic genetic variants) and genetic variants that met the criteria of bioinformatic signatures that had previously been described to be significantly enriched among diagnostic genetic variants.Between April 24, 2015, and April 19, 2017, 517 sequentially identified pregnant women found to have fetuses with a structural anomaly were screened for their eligibility for inclusion in our study. 71 (14%) couples declined testing, 87 (17%) trios were missing at least one DNA sample (from either parent or the fetus), 69 (13%) trios had a clinically relevant abnormal karyotype or chromosomal microarray finding, 51 (10%) couples did not consent to WES or withdrew consent, and five (1%) samples were not of good enough quality for analysis. DNA samples from 234 (45%) eligible trios were therefore used for analysis of the primary outcome. By use of trio sequence data, we identified diagnostic genetic variants in 24 (10%) families. Mutations with bioinformatic signatures that were indicative of pathogenicity but with insufficient evidence to be considered diagnostic were also evaluated; 46 (20%) of the 234 fetuses assessed were found to have such signatures.Our analysis of WES data in a prospective cohort of unselected fetuses with structural anomalies shows the value added by WES following the use of routine genetic tests. Our findings suggest that, in cases of fetal anomalies in which assessment with karyotype testing and chromosomal microarray fail to determine the underlying cause of a structural anomaly, WES can add clinically relevant information that could assist current management of a pregnancy. The unique challenges of WES-based prenatal diagnostics require analysis by a multidisciplinary team of perinatal practitioners and laboratory specialists.Institute for Genomic Medicine (Columbia University Irving Medical Center).

ABSTRACT Current clinical guidelines recommend three genetic tests for the assessment of fetal structural anomalies: karyotype to detect microscopically-visible balanced and unbalanced chromosomal rearrangements, chromosomal microarray (CMA) to detect sub-microscopic copy number variants (CNVs), and exome sequencing (ES) to identify individual nucleotide changes in coding sequence. Advances in genome sequencing (GS) analysis suggest that it is poised to displace the sequential application of all three conventional tests to become a single diagnostic approach for the assessment of fetal structural anomalies. However, systematic benchmarking is required to assure that GS can capture the full mutational spectrum associated with fetal structural anomalies and to accurately quantify the added diagnostic yield of GS. We applied a novel GS analytic framework that included the discovery, filtration, and interpretation of nine classes of genomic variation to 7,195 individuals. We assessed the sensitivity of GS to detect diagnostic variants (pathogenic or likely pathogenic) from three standard-of-care tests using 1,612 autism spectrum disorder quartet families (ASD; n=6,448) with matched GS, ES, and CMA data, and validated these findings in 46 fetuses with a clinically reportable variant originally identified by karyotype, CMA, or ES. We then assessed the added diagnostic yield of GS in 249 trios (n=747) comprising a fetus with a structural anomaly detected by ultrasound and two unaffected parents that were pre-screened with a combination of all three standard-of-care tests. Across both cohorts, our GS analytic framework identified 98.2% of all diagnostic variants detected by standard-of-care tests, including 100% of those originally detected by CMA (n=88) and ES (n=61), as well as 78.6% (n=11/14) of the chromosomal rearrangements identified by karyotype. The diagnostic yield from GS was 7.8% across all 1,612 ASD probands, almost two-fold more than CMA (4.4%) and three-fold more than ES (3.0%). We also demonstrated that the yield of ES can approach that of GS when CNVs are captured with high sensitivity from exome data (7.4% vs. 7.8%, respectively). In 249 pre-screened fetuses with structural anomalies, GS provided an additional diagnostic yield of 0.4% beyond the combination of all three tests (karyotype, CMA, and ES). Applying our benchmarking results to existing data indicates that GS can achieve an overall diagnostic yield of 46.1% in unselected fetuses with fetal structural anomalies, providing an estimated 17.2% increase in diagnostic yield over karyotype, 14.1% over CMA, and 36.1% over ES when sequence variants are assessed, and 4.1% when CNVs are also identified from exome data. In this study we demonstrate that GS is sensitive to the detection of almost all pathogenic variation captured by karyotype, CMA, and ES, provides a superior diagnostic yield than any individual test by a wide margin, and contributes a modest increase in diagnostic yield beyond the combination of all three tests. We also outline several strategies to aid the interpretation of GS variants that are cryptic to conventional technologies, which we anticipate will be increasingly encountered as comprehensive variant identification from GS is performed. Taken together, these data suggest GS warrants consideration as a first-tier diagnostic approach for fetal structural anomalies.

Amniocentesis for genetic diagnosis is most commonly done between 15 and 22 weeks of gestation, but can be performed at later gestational ages. The safety and genetic diagnostic accuracy of amniocentesis have been well-established through numerous large-scale, multicenter studies for procedures before 24 weeks, but comprehensive data on late amniocentesis remain sparse.

ABSTRACT Human congenital lymphatic anomalies (LAs) arise due to defects in lymphatic development. During a genetic study of fetuses with LAs, we identified a heterozygous pathogenic truncating variant in RERE in a fetus with a cystic lymphatic malformation (CLM). RERE is a transcriptional regulator which interacts with several key lymphangiogenic factors, including Notch and Coup-TFII. RERE also modulates retinoic acid signaling, which is essential for lymphatic vascular development. Thus, we hypothesized that RERE functions in lymphatic endothelial cells (LECs) and its loss contributes to LEC dysfunction and CLM pathogenesis. RERE was found to be expressed in the lymphatic endothelium during human development. RERE knockdown in human LECs reduced proliferation and induced apoptosis, increased expression of key lymphangiogenic genes, PROX1, COUP-TFII and VEGFR3 , and altered expression of Notch target genes. RERE expression was elevated in LECs isolated from CLMs with pathogenic PIK3CA variants. These findings support a novel role for RERE in LECs, where RERE regulates LEC proliferation, LEC survival, lymphangiogenic gene expression and Notch signaling, which in turn suggests its loss contributes to CLM pathogenesis.