Jamel Chelly, Nicholas Cowan and colleagues report mutations in TUBG1, DYNC1H1, KIF2A and KIF5C in individuals with malformations of cortical development and microcephaly. Their findings emphasize the importance of centrosomal and microtubule-related proteins for normal brain development. The genetic causes of malformations of cortical development (MCD) remain largely unknown. Here we report the discovery of multiple pathogenic missense mutations in TUBG1, DYNC1H1 and KIF2A, as well as a single germline mosaic mutation in KIF5C, in subjects with MCD. We found a frequent recurrence of mutations in DYNC1H1, implying that this gene is a major locus for unexplained MCD. We further show that the mutations in KIF5C, KIF2A and DYNC1H1 affect ATP hydrolysis, productive protein folding and microtubule binding, respectively. In addition, we show that suppression of mouse Tubg1 expression in vivo interferes with proper neuronal migration, whereas expression of altered γ-tubulin proteins in Saccharomyces cerevisiae disrupts normal microtubule behavior. Our data reinforce the importance of centrosomal and microtubule-related proteins in cortical development and strongly suggest that microtubule-dependent mitotic and postmitotic processes are major contributors to the pathogenesis of MCD.

A clinically recognizable 9q subtelomeric deletion syndrome has recently been established. Common features seen in these patients are severe mental retardation, hypotonia, brachycephaly, flat face with hypertelorism, synophrys, anteverted nares, cupid bow or tented upper lip, everted lower lip, prognathism, macroglossia, conotruncal heart defects, and behavioral problems. The minimal critical region responsible for this 9q subtelomeric deletion (9q⁻) syndrome has been estimated to be <1 Mb and comprises the euchromatin histone methyl transferase 1 gene (EHMT1). Previous studies suggested that haploinsufficiency for EHMT1 is causative for 9q subtelomeric deletion syndrome. We have performed a comprehensive mutation analysis of the EHMT1 gene in 23 patients with clinical presentations reminiscent of 9q subtelomeric deletion syndrome. This analysis revealed three additional microdeletions that comprise the EHMT1 gene, including one interstitial deletion that reduces the critical region for this syndrome. Most importantly, we identified two de novo mutations—a nonsense mutation and a frameshift mutation—in the EHMT1 gene in patients with a typical 9q⁻ phenotype. These results establish that haploinsufficiency of EHMT1 is causative for 9q subtelomeric deletion syndrome.

Mutations in the TUBB3 gene, encoding β-tubulin isotype III, were recently shown to be associated with various neurological syndromes which all have in common the ocular motility disorder, congenital fibrosis of the extraocular muscle type 3 (CFEOM3). Surprisingly and in contrast to previously described TUBA1A and TUBB2B phenotypes, no evidence of dysfunctional neuronal migration and cortical organization was reported. In our study, we report the discovery of six novel missense mutations in the TUBB3 gene, including one fetal case and one homozygous variation, in nine patients that all share cortical disorganization, axonal abnormalities associated with pontocerebellar hypoplasia, but with no ocular motility defects, CFEOM3. These new findings demonstrate that the spectrum of TUBB3 -related phenotype is broader than previously described and includes malformations of cortical development (MCD) associated with neuronal migration and differentiation defects, axonal guidance and tract organization impairment. Complementary functional studies revealed that the mutated βIII-tubulin causing the MCD phenotype results in a reduction of heterodimer formation, yet produce correctly formed microtubules (MTs) in mammalian cells. Further to this, we investigated the properties of the MT network in patients' fibroblasts and revealed that MCD mutations can alter the resistance of MTs to depolymerization. Interestingly, this finding contrasts with the increased MT stability observed in the case of CFEOM3-related mutations. These results led us to hypothesize that either MT dynamics or their interactions with various MT-interacting proteins could be differently affected by TUBB3 variations, thus resulting in distinct alteration of downstream processes and therefore explaining the phenotypic diversity of the TUBB3 -related spectrum.

Background

 Intellectual disability (ID) is characterised by an extreme genetic heterogeneity. Several hundred genes have been associated to monogenic forms of ID, considerably complicating molecular diagnostics. Trio-exome sequencing was recently proposed as a diagnostic approach, yet remains costly for a general implementation. 

Methods

 We report the alternative strategy of targeted high-throughput sequencing of 217 genes in which mutations had been reported in patients with ID or autism as the major clinical concern. We analysed 106 patients with ID of unknown aetiology following array-CGH analysis and other genetic investigations. Ninety per cent of these patients were males, and 75% sporadic cases. 

Results

 We identified 26 causative mutations: 16 in X-linked genes (ATRX, CUL4B, DMD, FMR1, HCFC1, IL1RAPL1, IQSEC2, KDM5C, MAOA, MECP2, SLC9A6, SLC16A2, PHF8) and 10 de novo in autosomal-dominant genes (DYRK1A, GRIN1, MED13L, TCF4, RAI1, SHANK3, SLC2A1, SYNGAP1). We also detected four possibly causative mutations (eg, in NLGN3) requiring further investigations. We present detailed reasoning for assigning causality for each mutation, and associated patients’ clinical information. Some genes were hit more than once in our cohort, suggesting they correspond to more frequent ID-associated conditions (KDM5C, MECP2, DYRK1A, TCF4). We highlight some unexpected genotype to phenotype correlations, with causative mutations being identified in genes associated to defined syndromes in patients deviating from the classic phenotype (DMD, TCF4, MECP2). We also bring additional supportive (HCFC1, MED13L) or unsupportive (SHROOM4, SRPX2) evidences for the implication of previous candidate genes or mutations in cognitive disorders. 

Conclusions

 With a diagnostic yield of 25% targeted sequencing appears relevant as a first intention test for the diagnosis of ID, but importantly will also contribute to a better understanding regarding the specific contribution of the many genes implicated in ID and autism.

Inflammasomes are multiprotein complexes that sense pathogens and trigger biological mechanisms to control infection. Nucleotide-binding oligomerisation domain-like receptor (NLR) containing a PYRIN domain 1 (NLRP1), NLRP3 and NLRC4 plays a key role in this innate immune system by directly assembling in inflammasomes and regulating inflammation. Mutations in NLRP3 and NLRC4 are linked to hereditary autoinflammatory diseases, whereas polymorphisms in NLRP1 are associated with autoimmune disorders such as vitiligo and rheumatoid arthritis. Whether human NLRP1 mutation is associated with autoinflammation remains to be determined.To search for novel genes involved in systemic juvenile idiopathic arthritis, we performed homozygosity mapping and exome sequencing to identify causative genes. Immunoassays were performed with blood samples from patients.We identified a novel disease in three patients from two unrelated families presenting diffuse skin dyskeratosis, autoinflammation, autoimmunity, arthritis and high transitional B-cell level. Molecular screening revealed a non-synonymous homozygous mutation in NLRP1 (c.2176C>T; p.Arg726Trp) in two cousins born of related parents originating from Algeria and a de novo heterozygous mutation (c.3641C>G, p.Pro1214Arg) in a girl of Dutch origin. The three patients showed elevated systemic levels of caspase-1 and interleukin 18, which suggested involvement of NLRP1 inflammasome.We demonstrate the responsibility of human NLRP1 in a novel autoinflammatory disorder that we propose to call NAIAD for NLRP1-associated autoinflammation with arthritis and dyskeratosis. This disease could be a novel autoimmuno-inflammatory disease combining autoinflammatory and autoimmune features. Our data, combined with that in the literature, highlight the pleomorphic role of NLRP1 in inflammation and immunity.NCT02067962; Results.

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 Sequence-based genetic testing identifies causative variants in ~ 50% of individuals with developmental and epileptic encephalopathies (DEEs). Aberrant changes in DNA methylation are implicated in various neurodevelopmental disorders but remain unstudied in DEEs. We interrogate the diagnostic utility of genome-wide DNA methylation array analysis on peripheral blood samples from 582 individuals with genetically unsolved DEEs. We identify rare differentially methylated regions (DMRs) and explanatory episignatures to uncover causative and candidate genetic etiologies in 12 individuals. Using long-read sequencing, we identify DNA variants underlying rare DMRs, including one balanced translocation, three CG-rich repeat expansions, and four copy number variants. We also identify pathogenic variants associated with episignatures. Finally, we refine the CHD2 episignature using an 850 K methylation array and bisulfite sequencing to investigate potential insights into CHD2 pathophysiology. Our study demonstrates the diagnostic yield of genome-wide DNA methylation analysis to identify causal and candidate variants as 2% (12/582) for unsolved DEE cases.

Abstract CSMD1 ( Cub and Sushi Multiple Domains 1 ) is a well-recognized regulator of the complement cascade, an important component of the innate immune response. CSMD1 is highly expressed in the central nervous system (CNS) where emergent functions of the complement pathway modulate neural development and synaptic activity. While a genetic risk factor for neuropsychiatric disorders, the role of CSMD1 in neurodevelopmental disorders is unclear. Through international variant sharing, we identified inherited biallelic CSMD1 variants in eight individuals from six families of diverse ancestry who present with global developmental delay, intellectual disability, microcephaly, and polymicrogyria. We modeled CSMD1 loss-of-function (LOF) pathogenesis in early-stage forebrain organoids differentiated from CSMD1 knockout human embryonic stem cells (hESCs). We show that CSMD1 is necessary for neuroepithelial cytoarchitecture and synchronous differentiation. In summary, we identified a critical role for CSMD1 in brain development and biallelic CSMD1 variants as the molecular basis of a previously undefined neurodevelopmental disorder.