The accurate interpretation of variation in Mendelian disease genes has lagged behind data generation as sequencing has become increasingly accessible. Ongoing large sequencing efforts present huge interpretive challenges, but they also provide an invaluable opportunity to characterize the spectrum and importance of rare variation.We analyzed sequence data from 7,855 clinical cardiomyopathy cases and 60,706 Exome Aggregation Consortium (ExAC) reference samples to obtain a better understanding of genetic variation in a representative autosomal dominant disorder.We found that in some genes previously reported as important causes of a given cardiomyopathy, rare variation is not clinically informative because there is an unacceptably high likelihood of false-positive interpretation. By contrast, in other genes, we find that diagnostic laboratories may be overly conservative when assessing variant pathogenicity.We outline improved analytical approaches that evaluate which genes and variant classes are interpretable and propose that these will increase the clinical utility of testing across a range of Mendelian diseases.Genet Med 19 2, 192-203.

Familial hypertrophic cardiomyopathy (HCM) has been widely studied as a genetic model of cardiac hypertrophy and sudden cardiac death. HCM has been defined as a disease of the cardiac sarcomere, but mutations in the known contractile protein disease genes are not found in up to one-third of cases. Further, no consistent changes in contractile properties are shared by these mutant proteins, implying that an abnormality of force generation may not be the underlying mechanism of disease. Instead, all of the sarcomeric mutations appear to result in inefficient use of ATP, suggesting that an inability to maintain normal ATP levels may be the central abnormality. To test this hypothesis we have examined candidate genes involved in energy homeostasis in the heart. We now describe mutations in PRKAG2, encoding the γ2 subunit of AMP-activated protein kinase (AMPK), in two families with severe HCM and aberrant conduction from atria to ventricles in some affected individuals (pre-excitation or Wolff–Parkinson–White syndrome). The mutations, one missense and one in-frame single codon insertion, occur in highly conserved regions. Because AMPK provides a central sensing mechanism that protects cells from exhaustion of ATP supplies, we propose that these data substantiate energy compromise as a unifying pathogenic mechanism in all forms of HCM. This conclusion should radically redirect thinking about this disorder and also, by establishing energy depletion as a cause of myocardial dysfunction, should be relevant to the acquired forms of heart muscle disease that HCM models.

Aicardi–Goutières syndrome is an inflammatory disease occurring due to mutations in any of TREX1 , RNASEH2A , RNASEH2B , RNASEH2C , SAMHD1 , ADAR or IFIH1 . We report on 374 patients from 299 families with mutations in these seven genes. Most patients conformed to one of two fairly stereotyped clinical profiles; either exhibiting an in utero disease‐onset (74 patients; 22.8% of all patients where data were available), or a post‐natal presentation, usually within the first year of life (223 patients; 68.6%), characterized by a sub‐acute encephalopathy and a loss of previously acquired skills. Other clinically distinct phenotypes were also observed; particularly, bilateral striatal necrosis (13 patients; 3.6%) and non‐syndromic spastic paraparesis (12 patients; 3.4%). We recorded 69 deaths (19.3% of patients with follow‐up data). Of 285 patients for whom data were available, 210 (73.7%) were profoundly disabled, with no useful motor, speech and intellectual function. Chilblains, glaucoma, hypothyroidism, cardiomyopathy, intracerebral vasculitis, peripheral neuropathy, bowel inflammation and systemic lupus erythematosus were seen frequently enough to be confirmed as real associations with the Aicardi‐Goutieres syndrome phenotype. We observed a robust relationship between mutations in all seven genes with increased type I interferon activity in cerebrospinal fluid and serum, and the increased expression of interferon‐stimulated gene transcripts in peripheral blood. We recorded a positive correlation between the level of cerebrospinal fluid interferon activity assayed within one year of disease presentation and the degree of subsequent disability. Interferon‐stimulated gene transcripts remained high in most patients, indicating an ongoing disease process. On the basis of substantial morbidity and mortality, our data highlight the urgent need to define coherent treatment strategies for the phenotypes associated with mutations in the Aicardi–Goutières syndrome‐related genes. Our findings also make it clear that a window of therapeutic opportunity exists relevant to the majority of affected patients and indicate that the assessment of type I interferon activity might serve as a useful biomarker in future clinical trials. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Abstract Next-generation sequencing has led to a dramatic improvement in molecular diagnoses of serious pediatric disorders caused by apparently de novo mutations (DNMs); by contrast, clinicians’ ability to counsel the parents about the risk of recurrence in a future child has lagged behind. Owing to the possibility that one of the parents could be mosaic in their germline, a recurrence risk of 1-2% is frequently quoted, but for any specific couple, this figure is usually incorrect. We present a systematic approach to providing individualized recurrence risk stratification, by combining deep-sequencing of multiple tissues in the mother-father-child trio with haplotyping to determine the parental origin of the DNM. In the first 58 couples analysed (total of 59 DNMs in 49 different genes), the risk for 35 (59%) DNMs was decreased below 0.1% but for 6 (10%) couples it was increased owing to parental mosaicism - that could be quantified in semen (recurrence risks of 5.6-12.1%) for the paternal cases. Deep-sequencing of the DNM efficiently identifies couples at greatest risk for recurrence and may qualify them for additional reproductive technologies. Haplotyping can further reassure many other couples that their recurrence risk is very low, but its implementation is more technically challenging and will require better understanding of how couples respond to information that reduces their risks.

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.

The accurate interpretation of variation in Mendelian disease genes has lagged behind data generation as sequencing has become increasingly accessible. Ongoing large sequencing efforts present huge interpretive challenges, but also provide an invaluable opportunity to characterize the spectrum and importance of rare variation. Here we analyze sequence data from 7,855 clinical cardiomyopathy cases and 60,706 ExAC reference samples to better understand genetic variation in a representative autosomal dominant disorder. We show that in some genes previously reported as important causes of a given cardiomyopathy, rare variation is not clinically informative and there is a high likelihood of false positive interpretation. By contrast, in other genes, we find that diagnostic laboratories may be overly conservative when assessing variant pathogenicity. We outline improved interpretation approaches for specific genes and variant classes and propose that these will increase the clinical utility of testing across a range of Mendelian diseases.

Minichromosome maintenance protein 10 (Mcm10) is essential for eukaryotic DNA replication initiation and fork stability. Recently, a compound heterozygous MCM10 mutation was identified in a patient who presented with natural killer (NK) cell deficiency. To understand the mechanism of disease, we modeled this mutation in human cell lines. We demonstrate that Mcm10 deficiency causes chronic replication stress that reduces cell viability due to increased genomic instability and telomere maintenance defects. Our data suggests that Mcm10 deficiency constrains telomerase-dependent telomere extension. This limitation can be overcome by increasing telomerase activity, although defects in telomere replication persist. We propose that stalled replication forks in Mcm10-deficient cells arrest terminally, especially within hard-to-replicate regions, and require nuclease processing involving Mus81, as MCM10:MUS81 double mutants displayed decreased viability and accelerated telomere erosion. Our results reveal that Mcm10 is critical for telomere replication and provide insights into how MCM10 mutations cause NK cell deficiency.