The shift to a genotype-first approach in genetic diagnostics has revolutionized our understanding of neurodevelopmental disorders, expanding both their molecular and phenotypic spectra. Kleefstra syndrome (KLEFS1) is caused by EHMT1 haploinsufficiency and exhibits broad clinical manifestations. EHMT1 encodes euchromatic histone methyltransferase-1-a pivotal component of the epigenetic machinery. We have recruited 209 individuals with a rare EHMT1 variant and performed comprehensive molecular in silico and in vitro testing alongside DNA methylation (DNAm) signature analysis for the identified variants. We (re)classified the variants as likely pathogenic/pathogenic (molecularly confirming Kleefstra syndrome) in 191 individuals. We provide an updated and broader clinical and molecular spectrum of Kleefstra syndrome, including individuals with normal intelligence and familial occurrence. Analysis of the EHMT1 variants reveals a broad range of molecular effects and their associated phenotypes, including distinct genotype-phenotype associations. Notably, we showed that disruption of the "reader" function of the ankyrin repeat domain by a protein altering variant (PAV) results in a KLEFS1-specific DNAm signature and milder phenotype, while disruption of only "writer" methyltransferase activity of the SET domain does not result in KLEFS1 DNAm signature or typical KLEFS1 phenotype. Similarly, N-terminal truncating variants result in a mild phenotype without the DNAm signature. We demonstrate how comprehensive variant analysis can provide insights into pathogenesis of the disorder and DNAm signature. In summary, this study presents a comprehensive overview of KLEFS1 and EHMT1, revealing its broader spectrum and deepening our understanding of its molecular mechanisms, thereby informing accurate variant interpretation, counseling, and clinical management.

Abstract The p21‐activated kinase (PAK) family of proteins regulates various processes requiring dynamic cytoskeleton organization such as cell adhesion, migration, proliferation, and apoptosis. Among the six members of the protein family, PAK2 is specifically involved in apoptosis, angiogenesis, or the development of endothelial cells. We report a novel de novo heterozygous missense PAK2 variant, p.(Thr406Met), found in a newborn with clinical manifestations of Knobloch syndrome. In vitro experiments indicated that this and another reported variant, p.(Asp425Asn), result in substantially impaired protein kinase activity. Similar findings were described previously for the PAK2 p.(Glu435Lys) variant found in two siblings with proposed Knobloch syndrome type 2 (KNO2). These new variants support the association of PAK2 kinase deficiency with a second, autosomal dominant form of Knobloch syndrome: KNO2.

SUMMARY P21-activated kinase 2 (PAK2) is a serine/threonine kinase essential for a variety of cellular processes including signal transduction, cellular survival, proliferation, and migration. A recent report proposed monoallelic PAK2 variants cause Knobloch syndrome type 2 (KNO2)—a developmental disorder primarily characterized by ocular anomalies. Here, we identified a novel de novo heterozygous missense variant in PAK2 , NM_002577.4:c.1273G>A, p.(D425N), by whole genome sequencing in an individual with features consistent with KNO2. Notable clinical phenotypes include global developmental delay, congenital retinal detachment, mild cerebral ventriculomegaly, hypotonia, FTT, pyloric stenosis, feeding intolerance, patent ductus arteriosus, and mild facial dysmorphism. The p.(D425N) variant lies within the protein kinase domain and is predicted to be functionally damaging by in silico analysis. Previous clinical genetic testing did not report this variant due to unknown relevance of PAK2 variants at the time of testing, highlighting the importance of reanalysis. Our findings also substantiate the candidacy of PAK2 variants in KNO2 and expand the KNO2 clinical spectrum.