Inherited retinal disease is a common cause of visual impairment and represents a highly heterogeneous group of conditions. Here, we present findings from a cohort of 722 individuals with inherited retinal disease, who have had whole-genome sequencing (n = 605), whole-exome sequencing (n = 72), or both (n = 45) performed, as part of the NIHR-BioResource Rare Diseases research study. We identified pathogenic variants (single-nucleotide variants, indels, or structural variants) for 404/722 (56%) individuals. Whole-genome sequencing gives unprecedented power to detect three categories of pathogenic variants in particular: structural variants, variants in GC-rich regions, which have significantly improved coverage compared to whole-exome sequencing, and variants in non-coding regulatory regions. In addition to previously reported pathogenic regulatory variants, we have identified a previously unreported pathogenic intronic variant in CHM in two males with choroideremia. We have also identified 19 genes not previously known to be associated with inherited retinal disease, which harbor biallelic predicted protein-truncating variants in unsolved cases. Whole-genome sequencing is an increasingly important comprehensive method with which to investigate the genetic causes of inherited retinal disease.

The U.K. 100,000 Genomes Project is in the process of investigating the role of genome sequencing in patients with undiagnosed rare diseases after usual care and the alignment of this research with health care implementation in the U.K. National Health Service. Other parts of this project focus on patients with cancer and infection.

Patients with nonketotic hyperglycinemia and deficient glycine cleavage enzyme activity, but without mutations in AMT, GLDC or GCSH, the genes encoding its constituent proteins, constitute a clinical group which we call 'variant nonketotic hyperglycinemia'. We hypothesize that in some patients the aetiology involves genetic mutations that result in a deficiency of the cofactor lipoate, and sequenced genes involved in lipoate synthesis and iron-sulphur cluster biogenesis. Of 11 individuals identified with variant nonketotic hyperglycinemia, we were able to determine the genetic aetiology in eight patients and delineate the clinical and biochemical phenotypes. Mutations were identified in the genes for lipoate synthase (LIAS), BolA type 3 (BOLA3), and a novel gene glutaredoxin 5 (GLRX5). Patients with GLRX5-associated variant nonketotic hyperglycinemia had normal development with childhood-onset spastic paraplegia, spinal lesion, and optic atrophy. Clinical features of BOLA3-associated variant nonketotic hyperglycinemia include severe neurodegeneration after a period of normal development. Additional features include leukodystrophy, cardiomyopathy and optic atrophy. Patients with lipoate synthase-deficient variant nonketotic hyperglycinemia varied in severity from mild static encephalopathy to Leigh disease and cortical involvement. All patients had high serum and borderline elevated cerebrospinal fluid glycine and cerebrospinal fluid:plasma glycine ratio, and deficient glycine cleavage enzyme activity. They had low pyruvate dehydrogenase enzyme activity but most did not have lactic acidosis. Patients were deficient in lipoylation of mitochondrial proteins. There were minimal and inconsistent changes in cellular iron handling, and respiratory chain activity was unaffected. Identified mutations were phylogenetically conserved, and transfection with native genes corrected the biochemical deficiency proving pathogenicity. Treatments of cells with lipoate and with mitochondrially-targeted lipoate were unsuccessful at correcting the deficiency. The recognition of variant nonketotic hyperglycinemia is important for physicians evaluating patients with abnormalities in glycine as this will affect the genetic causation and genetic counselling, and provide prognostic information on the expected phenotypic course.

Heteroplasmy incidence in mitochondrial DNA In humans, mitochondrial DNA (mtDNA) is predominantly maternally inherited. mtDNA is under selection to prevent heteroplasmy—the transmission of multiple genetic variants into the next generation. Wei et al. explored human mtDNA sequences to determine mtDNA genome structure, selection, and transmission. Whole-genome sequencing revealed that about 45% of individuals carry heteroplasmic mtDNA sequences at levels greater than 1% of their total mtDNA. Furthermore, studies of more than 1500 mother-offspring pairs indicated that the female line selected which mtDNA variants were passed on to children. This effect was influenced by the mother's nuclear genetic background. Thus, mtDNA is under selection at specific loci in the human germ line. Science , this issue p. eaau6520

Abstract Although next-generation sequencing technologies have accelerated the discovery of novel gene-to-disease associations, many patients with suspected Mendelian diseases still leave the clinic without a genetic diagnosis. An estimated one third of these patients will have disorders caused by mutations impacting splicing. RNA-sequencing has been shown to be a promising diagnostic tool, however few methods have been developed to integrate RNA-sequencing data into the diagnostic pipeline. Here, we introduce dasper , an R/Bioconductor package that improves upon existing tools for detecting aberrant splicing by using machine learning to incorporate disruptions in exon-exon junction counts as well as coverage. dasper is designed for diagnostics, providing a rank-based report of how aberrant each splicing event looks, as well as including visualization functionality to facilitate interpretation. We validate dasper using 16 patient-derived fibroblast cell lines harbouring pathogenic variants known to impact splicing. We find that dasper is able to detect pathogenic splicing events with greater accuracy than existing LeafCutterMD or z-score approaches. Furthermore, by only applying a broad OMIM gene filter (without any variant-level filters), dasper is able to detect pathogenic splicing events within the top 10 most aberrant identified for each patient. Since using publicly available control data minimises costs associated with incorporating RNA-sequencing into diagnostic pipelines, we also investigate the use of 504 GTEx fibroblast samples as controls. We find that dasper leverages publicly available data effectively, ranking pathogenic splicing events in the top 25. Thus, we believe dasper can increase diagnostic yield for a pathogenic splicing variants and enable the efficient implementation of RNA-sequencing for diagnostics in clinical laboratories.

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 Mitochondrial dysfunction has been implicated in the aetiology of monogenic Parkinson’s disease (PD). Yet the role that mitochondrial processes play in the most common form of the disease; sporadic PD, is yet to be fully established. Here we comprehensively assessed the role of mitochondrial function associated genes in sporadic PD by leveraging improvements in the scale and analysis of PD GWAS data with recent advances in our understanding of the genetics of mitochondrial disease. First, we identified that a proportion of the “missing heritability” of the PD can be explained by common variation within genes implicated in mitochondrial disease (primary gene list) and mitochondrial function (secondary gene list). Next we calculated a mitochondrial-specific polygenic risk score (PRS) and showed that cumulative small effect variants within both our primary and secondary gene lists are significantly associated with increased PD risk. Most significantly we further report that the PRS of the secondary mitochondrial gene list was significantly associated with later age at onset. Finally, to identify possible functional genomic associations we implemented Mendelian randomisation, which showed that 14 of these mitochondrial function associated genes showed functional consequence associated with PD risk. Further analysis suggested that the 14 identified genes are not only involved in mitophagy but implicate new mitochondrial processes. Our data suggests that therapeutics targeting mitochondrial bioenergetics and proteostasis pathways distinct from mitophagy could be beneficial to treating the early stage of PD.