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.

Truncating variants of the giant protein titin cause dilated cardiomyopathy when they occur toward the protein’s carboxyl terminus and in highly expressed exons.

PurposeWhole-exome and whole-genome sequencing have transformed the discovery of genetic variants that cause human Mendelian disease, but discriminating pathogenic from benign variants remains a daunting challenge. Rarity is recognized as a necessary, although not sufficient, criterion for pathogenicity, but frequency cutoffs used in Mendelian analysis are often arbitrary and overly lenient. Recent very large reference datasets, such as the Exome Aggregation Consortium (ExAC), provide an unprecedented opportunity to obtain robust frequency estimates even for very rare variants.MethodsWe present a statistical framework for the frequency-based filtering of candidate disease-causing variants, accounting for disease prevalence, genetic and allelic heterogeneity, inheritance mode, penetrance, and sampling variance in reference datasets.ResultsUsing the example of cardiomyopathy, we show that our approach reduces by two-thirds the number of candidate variants under consideration in the average exome, without removing true pathogenic variants (false-positive rate<0.001).ConclusionWe outline a statistically robust framework for assessing whether a variant is “too common” to be causative for a Mendelian disorder of interest. We present precomputed allele frequency cutoffs for all variants in the ExAC dataset.

Genetic testing for families with hypertrophic cardiomyopathy (HCM) provides a significant opportunity to improve care. Recent trends to increase gene panel sizes often mean variants in genes with questionable association are reported to patients. Classification of HCM genes and variants is critical, as misclassification can lead to genetic misdiagnosis. We show the validity of previously reported HCM genes using an established method for evaluating gene-disease associations.A systematic approach was used to assess the validity of reported gene-disease associations, including associations with isolated HCM and syndromes including left ventricular hypertrophy. Genes were categorized as having definitive, strong, moderate, limited, or no evidence of disease causation. We also reviewed current variant classifications for HCM in ClinVar, a publicly available variant resource.Fifty-seven genes were selected for curation based on their frequent inclusion in HCM testing and prior association reports. Of 33 HCM genes, only 8 (24%) were categorized as definitive ( MYBPC3, MYH7, TNNT2, TNNI3, TPM1, ACTC1, MYL2, and MYL3); 3 had moderate evidence ( CSRP3, TNNC1, and JPH2; 33%); and 22 (66%) had limited (n=16) or no evidence (n=6). There were 12 of 24 syndromic genes definitively associated with isolated left ventricular hypertrophy. Of 4191 HCM variants in ClinVar, 31% were in genes with limited or no evidence of disease association.The majority of genes previously reported as causative of HCM and commonly included in diagnostic tests have limited or no evidence of disease association. Systematically curated HCM genes are essential to guide appropriate reporting of variants and ensure the best possible outcomes for HCM families.

PurposeIntegrating genomic sequencing in clinical care requires standardization of variant interpretation practices. The Clinical Genome Resource has established expert panels to adapt the American College of Medical Genetics and Genomics/Association for Molecular Pathology classification framework for specific genes and diseases. The Cardiomyopathy Expert Panel selected MYH7, a key contributor to inherited cardiomyopathies, as a pilot gene to develop a broadly applicable approach.MethodsExpert revisions were tested with 60 variants using a structured double review by pairs of clinical and diagnostic laboratory experts. Final consensus rules were established via iterative discussions.ResultsAdjustments represented disease-/gene-informed specifications (12) or strength adjustments of existing rules (5). Nine rules were deemed not applicable. Key specifications included quantitative frameworks for minor allele frequency thresholds, the use of segregation data, and a semiquantitative approach to counting multiple independent variant occurrences where fully controlled case-control studies are lacking. Initial inter-expert classification concordance was 93%. Internal data from participating diagnostic laboratories changed the classification of 20% of the variants (n=12), highlighting the critical importance of data sharing.ConclusionThese adapted rules provide increased specificity for use in MYH7-associated disorders in combination with expert review and clinical judgment and serve as a stepping stone for genes and disorders with similar genetic and clinical characteristics.

Background: Each of the cardiomyopathies, classically categorized as hypertrophic cardiomyopathy, dilated cardiomyopathy (DCM), and arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy, has a signature genetic theme. Hypertrophic cardiomyopathy and arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy are largely understood as genetic diseases of sarcomere or desmosome proteins, respectively. In contrast, >250 genes spanning >10 gene ontologies have been implicated in DCM, representing a complex and diverse genetic architecture. To clarify this, a systematic curation of evidence to establish the relationship of genes with DCM was conducted. Methods: An international panel with clinical and scientific expertise in DCM genetics evaluated evidence supporting monogenic relationships of genes with idiopathic DCM. The panel used the Clinical Genome Resource semiquantitative gene-disease clinical validity classification framework with modifications for DCM genetics to classify genes into categories on the basis of the strength of currently available evidence. Representation of DCM genes on clinically available genetic testing panels was evaluated. Results: Fifty-one genes with human genetic evidence were curated. Twelve genes (23%) from 8 gene ontologies were classified as having definitive ( BAG3 , DES , FLNC , LMNA , MYH7 , PLN , RBM20 , SCN5A , TNNC1 , TNNT2 , TTN ) or strong ( DSP ) evidence. Seven genes (14%; ACTC1 , ACTN2 , JPH2 , NEXN , TNNI3 , TPM1 , VCL ) including 2 additional ontologies were classified as moderate evidence; these genes are likely to emerge as strong or definitive with additional evidence. Of these 19 genes, 6 were similarly classified for hypertrophic cardiomyopathy and 3 for arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. Of the remaining 32 genes (63%), 25 (49%) had limited evidence, 4 (8%) were disputed, 2 (4%) had no disease relationship, and 1 (2%) was supported by animal model data only. Of the 16 evaluated clinical genetic testing panels, most definitive genes were included, but panels also included numerous genes with minimal human evidence. Conclusions: In the curation of 51 genes, 19 had high evidence (12 definitive/strong, 7 moderate). It is notable that these 19 genes explain only a minority of cases, leaving the remainder of DCM genetic architecture incompletely addressed. Clinical genetic testing panels include most high-evidence genes; however, genes lacking robust evidence are also commonly included. We recommend that high-evidence DCM genes be used for clinical practice and that caution be exercised in the interpretation of variants in variable-evidence DCM genes.

Stuart Cook and colleagues study the role of TTN (titin)-truncating variants using a combination of heart physiology experiments in rats and genomic analysis in humans. Their data show that TTN variants are associated with a range of cardiac phenotypes in healthy individuals and in patients with dilated cardiomyopathy. Titin-truncating variants (TTNtv) commonly cause dilated cardiomyopathy (DCM). TTNtv are also encountered in ∼1% of the general population, where they may be silent, perhaps reflecting allelic factors. To better understand TTNtv, we integrated TTN allelic series, cardiac imaging and genomic data in humans and studied rat models with disparate TTNtv. In patients with DCM, TTNtv throughout titin were significantly associated with DCM. Ribosomal profiling in rat showed the translational footprint of premature stop codons in Ttn, TTNtv-position-independent nonsense-mediated degradation of the mutant allele and a signature of perturbed cardiac metabolism. Heart physiology in rats with TTNtv was unremarkable at baseline but became impaired during cardiac stress. In healthy humans, machine-learning-based analysis of high-resolution cardiac imaging showed TTNtv to be associated with eccentric cardiac remodeling. These data show that TTNtv have molecular and physiological effects on the heart across species, with a continuum of expressivity in health and disease.

Background: Cancer therapy–induced cardiomyopathy (CCM) is associated with cumulative drug exposures and preexisting cardiovascular disorders. These parameters incompletely account for substantial interindividual susceptibility to CCM. We hypothesized that rare variants in cardiomyopathy genes contribute to CCM. Methods: We studied 213 patients with CCM from 3 cohorts: retrospectively recruited adults with diverse cancers (n=99), prospectively phenotyped adults with breast cancer (n=73), and prospectively phenotyped children with acute myeloid leukemia (n=41). Cardiomyopathy genes, including 9 prespecified genes, were sequenced. The prevalence of rare variants was compared between CCM cohorts and The Cancer Genome Atlas participants (n=2053), healthy volunteers (n=445), and an ancestry-matched reference population. Clinical characteristics and outcomes were assessed and stratified by genotypes. A prevalent CCM genotype was modeled in anthracycline-treated mice. Results: CCM was diagnosed 0.4 to 9 years after chemotherapy; 90% of these patients received anthracyclines. Adult patients with CCM had cardiovascular risk factors similar to the US population. Among 9 prioritized genes, patients with CCM had more rare protein-altering variants than comparative cohorts ( P ≤1.98e–04). Titin-truncating variants (TTNtvs) predominated, occurring in 7.5% of patients with CCM versus 1.1% of The Cancer Genome Atlas participants ( P =7.36e–08), 0.7% of healthy volunteers ( P =3.42e–06), and 0.6% of the reference population ( P =5.87e–14). Adult patients who had CCM with TTNtvs experienced more heart failure and atrial fibrillation ( P =0.003) and impaired myocardial recovery ( P =0.03) than those without. Consistent with human data, anthracycline-treated TTNtv mice and isolated TTNtv cardiomyocytes showed sustained contractile dysfunction unlike wild-type ( P =0.0004 and P <0.002, respectively). Conclusions: Unrecognized rare variants in cardiomyopathy-associated genes, particularly TTNtvs, increased the risk for CCM in children and adults, and adverse cardiac events in adults. Genotype, along with cumulative chemotherapy dosage and traditional cardiovascular risk factors, improves the identification of patients who have cancer at highest risk for CCM. Clinical Trial Registration: URL: https://www.clinicaltrials.gov . Unique identifiers: NCT01173341; AAML1031; NCT01371981.

Alcoholic cardiomyopathy (ACM) is defined by a dilated and impaired left ventricle due to chronic excess alcohol consumption. It is largely unknown which factors determine cardiac toxicity on exposure to alcohol. This study sought to evaluate the role of variation in cardiomyopathy-associated genes in the pathophysiology of ACM, and to examine the effects of alcohol intake and genotype on dilated cardiomyopathy (DCM) severity. The authors characterized 141 ACM cases, 716 DCM cases, and 445 healthy volunteers. The authors compared the prevalence of rare, protein-altering variants in 9 genes associated with inherited DCM. They evaluated the effect of genotype and alcohol consumption on phenotype in DCM. Variants in well-characterized DCM-causing genes were more prevalent in patients with ACM than control subjects (13.5% vs. 2.9%; p = 1.2 ×10−5), but similar between patients with ACM and DCM (19.4%; p = 0.12) and with a predominant burden of titin truncating variants (TTNtv) (9.9%). Separately, we identified an interaction between TTN genotype and excess alcohol consumption in a cohort of DCM patients not meeting ACM criteria. On multivariate analysis, DCM patients with a TTNtv who consumed excess alcohol had an 8.7% absolute reduction in ejection fraction (95% confidence interval: −2.3% to −15.1%; p < 0.007) compared with those without TTNtv and excess alcohol consumption. The presence of TTNtv did not predict phenotype, outcome, or functional recovery on treatment in ACM patients. TTNtv represent a prevalent genetic predisposition for ACM, and are also associated with a worse left ventricular ejection fraction in DCM patients who consume alcohol above recommended levels. Familial evaluation and genetic testing should be considered in patients presenting with ACM.

The BAG3 (BLC2-associated athanogene 3) gene codes for an antiapoptotic protein located on the sarcomere Z-disc. Mutations in BAG3 are associated with dilated cardiomyopathy (DCM), but only a small number of cases have been reported to date, and the natural history of BAG3 cardiomyopathy is poorly understood. This study sought to describe the phenotype and prognosis of BAG3 mutations in a large multicenter DCM cohort. The study cohort comprised 129 individuals with a BAG3 mutation (62% males, 35.1 ± 15.0 years of age) followed at 18 European centers. Localization of BAG3 in cardiac tissue was analyzed in patients with truncating BAG3 mutations using immunohistochemistry. At first evaluation, 57.4% of patients had DCM. After a median follow-up of 38 months (interquartile range: 7 to 95 months), 68.4% of patients had DCM and 26.1% who were initially phenotype-negative developed DCM. Disease penetrance in individuals >40 years of age was 80% at last evaluation, and there was a trend towards an earlier onset of DCM in men (age 34.6 ± 13.2 years vs. 40.7 ± 12.2 years; p = 0.053). The incidence of adverse cardiac events (death, left ventricular assist device, heart transplantation, and sustained ventricular arrhythmia) was 5.1% per year among individuals with DCM. Male sex, decreased left ventricular ejection fraction. and increased left ventricular end-diastolic diameter were associated with adverse cardiac events. Myocardial tissue from patients with a BAG3 mutation showed myofibril disarray and a relocation of BAG3 protein in the sarcomeric Z-disc. DCM caused by mutations in BAG3 is characterized by high penetrance in carriers >40 years of age and a high risk of progressive heart failure. Male sex, decreased left ventricular ejection fraction, and enlarged left ventricular end-diastolic diameter are associated with adverse outcomes in patients with BAG3 mutations.