BackgroundHuman genome sequencing has transformed our understanding of genomic variation and its relevance to health and disease, and is now starting to enter clinical practice for the diagnosis of rare diseases. The question of whether and how some categories of genomic findings should be shared with individual research participants is currently a topic of international debate, and development of robust analytical workflows to identify and communicate clinically relevant variants is paramount.MethodsThe Deciphering Developmental Disorders (DDD) study has developed a UK-wide patient recruitment network involving over 180 clinicians across all 24 regional genetics services, and has performed genome-wide microarray and whole exome sequencing on children with undiagnosed developmental disorders and their parents. After data analysis, pertinent genomic variants were returned to individual research participants via their local clinical genetics team.FindingsAround 80 000 genomic variants were identified from exome sequencing and microarray analysis in each individual, of which on average 400 were rare and predicted to be protein altering. By focusing only on de novo and segregating variants in known developmental disorder genes, we achieved a diagnostic yield of 27% among 1133 previously investigated yet undiagnosed children with developmental disorders, whilst minimising incidental findings. In families with developmentally normal parents, whole exome sequencing of the child and both parents resulted in a 10-fold reduction in the number of potential causal variants that needed clinical evaluation compared to sequencing only the child. Most diagnostic variants identified in known genes were novel and not present in current databases of known disease variation.InterpretationImplementation of a robust translational genomics workflow is achievable within a large-scale rare disease research study to allow feedback of potentially diagnostic findings to clinicians and research participants. Systematic recording of relevant clinical data, curation of a gene–phenotype knowledge base, and development of clinical decision support software are needed in addition to automated exclusion of almost all variants, which is crucial for scalable prioritisation and review of possible diagnostic variants. However, the resource requirements of development and maintenance of a clinical reporting system within a research setting are substantial.FundingHealth Innovation Challenge Fund, a parallel funding partnership between the Wellcome Trust and the UK Department of Health.

Individuals with severe, undiagnosed developmental disorders (DDs) are enriched for damaging de novo mutations (DNMs) in developmentally important genes. We exome sequenced 4,293 families with individuals with DDs, and meta-analysed these data with published data on 3,287 individuals with similar disorders. We show that the most significant factors influencing the diagnostic yield of de novo mutations are the sex of the affected individual, the relatedness of their parents and the age of both father and mother. We identified 94 genes enriched for damaging de novo mutation at genome-wide significance (P < 7 x 10-7), including 14 genes for which compelling data for causation was previously lacking. We have characterised the phenotypic diversity among these genetic disorders. We demonstrate that, at current cost differentials, exome sequencing has much greater power than genome sequencing for novel gene discovery in genetically heterogeneous disorders. We estimate that 42% of our cohort carry pathogenic DNMs (single nucleotide variants and indels) in coding sequences, with approximately half operating by a loss-of-function mechanism, and the remainder resulting in altered-function (e.g. activating, dominant negative). We established that most haplo insufficient developmental disorders have already been identified, but that many altered-function disorders remain to be discovered. Extrapolating from the DDD cohort to the general population, we estimate that developmental disorders caused by DNMs have an average birth prevalence of 1 in 213 to 1 in 448 (0.22-0.47% of live births), depending on parental age.