We present a series of 26 patients, all >50 years of age, who are carriers of the fragile X premutation and are affected by a multisystem, progressive neurological disorder. The two main clinical features of this new syndrome are cerebellar ataxia and/or intention tremor, which were chosen as clinical inclusion criteria for this series. Other documented symptoms were short-term memory loss, executive function deficits, cognitive decline, parkinsonism, peripheral neuropathy, lower limb proximal muscle weakness, and autonomic dysfunction. Symmetrical regions of increased T2 signal intensity in the middle cerebellar peduncles and adjacent cerebellar white matter are thought to be highly sensitive for this neurologic condition, and their presence is the radiological inclusion criterion for this series. Molecular findings include elevated mRNA and low-normal or mildly decreased levels of fragile X mental retardation 1 protein. The clinical presentation of these patients, coupled with a specific lesion visible on magnetic resonance imaging and with neuropathological findings, affords a more complete delineation of this fragile X premutation–associated tremor/ataxia syndrome and distinguishes it from other movement disorders. We present a series of 26 patients, all >50 years of age, who are carriers of the fragile X premutation and are affected by a multisystem, progressive neurological disorder. The two main clinical features of this new syndrome are cerebellar ataxia and/or intention tremor, which were chosen as clinical inclusion criteria for this series. Other documented symptoms were short-term memory loss, executive function deficits, cognitive decline, parkinsonism, peripheral neuropathy, lower limb proximal muscle weakness, and autonomic dysfunction. Symmetrical regions of increased T2 signal intensity in the middle cerebellar peduncles and adjacent cerebellar white matter are thought to be highly sensitive for this neurologic condition, and their presence is the radiological inclusion criterion for this series. Molecular findings include elevated mRNA and low-normal or mildly decreased levels of fragile X mental retardation 1 protein. The clinical presentation of these patients, coupled with a specific lesion visible on magnetic resonance imaging and with neuropathological findings, affords a more complete delineation of this fragile X premutation–associated tremor/ataxia syndrome and distinguishes it from other movement disorders.

ContextPremutation expansions (55-200 CGG repeats) of the fragile X mental retardation 1 (FMR1) gene are frequent in the general population, with estimated prevalences of 1 per 259 females and 1 per 813 males. Several articles have recently described the presence of late-onset neurological symptoms in male carriers of premutation (FMR1) alleles. The main clinical features described in this newly identified syndrome are cerebellar ataxia and intention tremor. Additional documented symptoms include short-term memory loss, executive functional deficits, cognitive decline, parkinsonism, peripheral neuropathy, lower-limb proximal muscle weakness, and autonomic dysfunction.ObjectiveTo study the penetrance of the fragile X–associated tremor/ataxia syndrome (FXTAS) among premutation carriers.Design, Setting, and ParticipantsFamily-based study of 192 individuals (premutation carriers and controls) whose families belong to the Northern or Southern California Fragile X Associations. Data were collected (March 2002-April 2003) through a survey and a standardized neurological examination, which was videotaped and subsequently scored in a blinded fashion.Main Outcome MeasuresPenetrance of intention tremor and ataxia among adult carriers (aged ≥50 years) of premutation expansions of the FMR1 gene.ResultsData from the survey of 192 individuals demonstrated an age-related penetrance of the combination of reported intention tremor and gait ataxia in male carriers (17%, 38%, 47%, and 75% [lower-bound estimates] for participants aged 50-59, 60-69, 70-79, and ≥80 years, respectively). The male carrier group had an age-adjusted 13-fold increased risk (95% confidence interval, 3.9-25.4; P = .003) of combined intention tremor and gait ataxia when compared with male controls. The clinical examination data from 93 individuals demonstrated that male carriers experienced more difficulties on each of 3 standardized neurological rating scales compared with controls (P<.05). Female carrier scores were also higher than those of female controls (P<.05) on 2 of the 3 neurological rating scales, but no participant was identified with probable or definite FXTAS.ConclusionsThe study demonstrates that older male carriers of premutation alleles of the FMR1 gene are at high risk of developing FXTAS. Since male premutation carriers are relatively common in the general population, older men with ataxia and intention tremor should be screened for the FMR1 mutation, especially if these signs are accompanied by parkinsonism, autonomic dysfunction, or cognitive decline, regardless of family history.

An antagonist for the metabotropic glutamate receptor may improve symptoms in patients with fragile X syndrome whose FMR1 promoters are fully methylated.

Increased male prevalence has been repeatedly reported in several neurodevelopmental disorders (NDs), leading to the concept of a "female protective model." We investigated the molecular basis of this sex-based difference in liability and demonstrated an excess of deleterious autosomal copy-number variants (CNVs) in females compared to males (odds ratio [OR] = 1.46, p = 8 × 10(-10)) in a cohort of 15,585 probands ascertained for NDs. In an independent autism spectrum disorder (ASD) cohort of 762 families, we found a 3-fold increase in deleterious autosomal CNVs (p = 7 × 10(-4)) and an excess of private deleterious single-nucleotide variants (SNVs) in female compared to male probands (OR = 1.34, p = 0.03). We also showed that the deleteriousness of autosomal SNVs was significantly higher in female probands (p = 0.0006). A similar bias was observed in parents of probands ascertained for NDs. Deleterious CNVs (>400 kb) were maternally inherited more often (up to 64%, p = 10(-15)) than small CNVs < 400 kb (OR = 1.45, p = 0.0003). In the ASD cohort, increased maternal transmission was also observed for deleterious CNVs and SNVs. Although ASD females showed higher mutational burden and lower cognition, the excess mutational burden remained, even after adjustment for those cognitive differences. These results strongly suggest that females have an increased etiological burden unlinked to rare deleterious variants on the X chromosome. Carefully phenotyped and genotyped cohorts will be required for identifying the symptoms, which show gender-specific liability to mutational burden.

Underweight and obese phenotypes can both pose health risks. But whereas obesity has been associated with a number of genetic variants, little is known about the genetic basis of underweight. A large-scale screen of data from 28 cytogenetic centres in Europe and North America now shows that being underweight is frequently associated with duplication of a short region on chromosome 16. Deletion of this same chromosomal region has previously been associated with obesity. The observed associated phenotypes are opposites, or mirrors, of those reported in carriers of deletions at this locus, and correlate with changes in transcript levels for genes within the duplication but not within the adjacent regions. The suggestion is that severe obesity and being underweight could have mirror etiologies, possibly through contrasting effects on energy balance. Both obesity and being underweight have been associated with increased mortality1,2. Underweight, defined as a body mass index (BMI) ≤ 18.5 kg per m2 in adults and ≤ −2 standard deviations from the mean in children, is the main sign of a series of heterogeneous clinical conditions including failure to thrive3,4,5, feeding and eating disorder and/or anorexia nervosa6,7. In contrast to obesity, few genetic variants underlying these clinical conditions have been reported8,9. We previously showed that hemizygosity of a ∼600-kilobase (kb) region on the short arm of chromosome 16 causes a highly penetrant form of obesity that is often associated with hyperphagia and intellectual disabilities10. Here we show that the corresponding reciprocal duplication is associated with being underweight. We identified 138 duplication carriers (including 132 novel cases and 108 unrelated carriers) from individuals clinically referred for developmental or intellectual disabilities (DD/ID) or psychiatric disorders, or recruited from population-based cohorts. These carriers show significantly reduced postnatal weight and BMI. Half of the boys younger than five years are underweight with a probable diagnosis of failure to thrive, whereas adult duplication carriers have an 8.3-fold increased risk of being clinically underweight. We observe a trend towards increased severity in males, as well as a depletion of male carriers among non-medically ascertained cases. These features are associated with an unusually high frequency of selective and restrictive eating behaviours and a significant reduction in head circumference. Each of the observed phenotypes is the converse of one reported in carriers of deletions at this locus. The phenotypes correlate with changes in transcript levels for genes mapping within the duplication but not in flanking regions. The reciprocal impact of these 16p11.2 copy-number variants indicates that severe obesity and being underweight could have mirror aetiologies, possibly through contrasting effects on energy balance.

Overexpression of all 29 human transcripts of a region of the 16p11.2 chromosome in zebrafish embryos identifies KCTD13 as the message inducing the microcephaly phenotype associated with 16p11.2 duplication, whereas its suppression yields the macrocephalic phenotype associated with the reciprocal deletion, suggesting that KCTD13 is a major driver for the neurodevelopmental phenotypes associated with the 16p11.2 copy number variants. Copy number variants (CNVs) make an important contribution to genetic disorders, and some CNVs have been shown to have reciprocal phenotypic effects. For instance, duplication of chromosomal region 16p11.2 has been linked to autism, schizophrenia and microcephaly, and reciprocal deletion to autism, obesity and macrocephaly. By manipulating levels of expression — in pairwise combination — of zebrafish orthologues in this genomic interval, Nicholas Katsanis and colleagues identified KCTD13 as the locus that can recapitulate the macro- and microcephalic phenotype, which they show is underpinned by a proliferative defect. Together with further human genetic data, these results suggest that KCTD13 is a major driver for the neurodevelopmental phenotypes associated with 16p11.2 duplication/deletion. The approach used here also offers a way of identifying other dosage-sensitive loci. Copy number variants (CNVs) are major contributors to genetic disorders1. We have dissected a region of the 16p11.2 chromosome—which encompasses 29 genes—that confers susceptibility to neurocognitive defects when deleted or duplicated2,3. Overexpression of each human transcript in zebrafish embryos identified KCTD13 as the sole message capable of inducing the microcephaly phenotype associated with the 16p11.2 duplication2,3,4,5, whereas suppression of the same locus yielded the macrocephalic phenotype associated with the 16p11.2 deletion5,6, capturing the mirror phenotypes of humans. Analyses of zebrafish and mouse embryos suggest that microcephaly is caused by decreased proliferation of neuronal progenitors with concomitant increase in apoptosis in the developing brain, whereas macrocephaly arises by increased proliferation and no changes in apoptosis. A role for KCTD13 dosage changes is consistent with autism in both a recently reported family with a reduced 16p11.2 deletion and a subject reported here with a complex 16p11.2 rearrangement involving de novo structural alteration of KCTD13. Our data suggest that KCTD13 is a major driver for the neurodevelopmental phenotypes associated with the 16p11.2 CNV, reinforce the idea that one or a small number of transcripts within a CNV can underpin clinical phenotypes, and offer an efficient route to identifying dosage-sensitive loci.

Background

 The recurrent ∼600 kb 16p11.2 BP4-BP5 deletion is among the most frequent known genetic aetiologies of autism spectrum disorder (ASD) and related neurodevelopmental disorders. 

Objective

 To define the medical, neuropsychological, and behavioural phenotypes in carriers of this deletion. 

Methods

 We collected clinical data on 285 deletion carriers and performed detailed evaluations on 72 carriers and 68 intrafamilial non-carrier controls. 

Results

 When compared to intrafamilial controls, full scale intelligence quotient (FSIQ) is two standard deviations lower in carriers, and there is no difference between carriers referred for neurodevelopmental disorders and carriers identified through cascade family testing. Verbal IQ (mean 74) is lower than non-verbal IQ (mean 83) and a majority of carriers require speech therapy. Over 80% of individuals exhibit psychiatric disorders including ASD, which is present in 15% of the paediatric carriers. Increase in head circumference (HC) during infancy is similar to the HC and brain growth patterns observed in idiopathic ASD. Obesity, a major comorbidity present in 50% of the carriers by the age of 7 years, does not correlate with FSIQ or any behavioural trait. Seizures are present in 24% of carriers and occur independently of other symptoms. Malformations are infrequently found, confirming only a few of the previously reported associations. 

Conclusions

 The 16p11.2 deletion impacts in a quantitative and independent manner FSIQ, behaviour and body mass index, possibly through direct influences on neural circuitry. Although non-specific, these features are clinically significant and reproducible. Lastly, this study demonstrates the necessity of studying large patient cohorts ascertained through multiple methods to characterise the clinical consequences of rare variants involved in common diseases.

Coats plus is a highly pleiotropic disorder particularly affecting the eye, brain, bone and gastrointestinal tract. Here, we show that Coats plus results from mutations in CTC1, encoding conserved telomere maintenance component 1, a member of the mammalian homolog of the yeast heterotrimeric CST telomeric capping complex. Consistent with the observation of shortened telomeres in an Arabidopsis CTC1 mutant and the phenotypic overlap of Coats plus with the telomeric maintenance disorders comprising dyskeratosis congenita, we observed shortened telomeres in three individuals with Coats plus and an increase in spontaneous γH2AX-positive cells in cell lines derived from two affected individuals. CTC1 is also a subunit of the α-accessory factor (AAF) complex, stimulating the activity of DNA polymerase-α primase, the only enzyme known to initiate DNA replication in eukaryotic cells. Thus, CTC1 may have a function in DNA metabolism that is necessary for but not specific to telomeric integrity.

In contrast to previous studies, targeting the mGluR pathway in fragile X syndrome patients did not improve behavior independent of FMR1 methylation.

Abstract Polygenic scores (PGS) are commonly evaluated in terms of their predictive accuracy at the population level by the proportion of phenotypic variance they explain. To be useful for precision medicine applications, they also need to be evaluated at the individual patient level when phenotypes are not necessarily already known. Hence, we investigated the stability of PGS in European-American (EUR)- and African-American (AFR)-ancestry individuals from the Philadelphia Neurodevelopmental Cohort (PNC) and the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) cohort using different discovery GWAS for post-traumatic stress disorder (PTSD), type-2 diabetes (T2D), and height. We found that pairs of EUR-ancestry GWAS for the same trait had genetic correlations > 0.92. However, PGS calculated from pairs of sameancestry and different-ancestry GWAS had correlations that ranged from <0.01 to 0.74. PGS stability was higher for GWAS that explained more of the trait variance, with height PGS being more stable than PTSD or T2D PGS. Focusing on the upper end of the PGS distribution, different discovery GWAS do not consistently identify the same individuals in the upper quantiles, with the best case being 60% of individuals above the 80 th percentile of PGS overlapping from one height GWAS to another. The degree of overlap decreases sharply as higher quantiles, less heritable traits, and different-ancestry GWAS are considered. PGS computed from different discovery GWAS have only modest correlation at the level of the individual patient, underscoring the need to proceed cautiously with integrating PGS into precision medicine applications.