Abstract Background The American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG)/Association for Molecular Pathology (AMP) clinical variant interpretation guidelines established criteria for different types of evidence. This includes the strong evidence codes PS3 and BS3 for “well-established” functional assays demonstrating a variant has abnormal or normal gene/protein function, respectively. However, they did not provide detailed guidance on how functional evidence should be evaluated, and differences in the application of the PS3/BS3 codes are a contributor to variant interpretation discordance between laboratories. This recommendation seeks to provide a more structured approach to the assessment of functional assays for variant interpretation and guidance on the use of various levels of strength based on assay validation. Methods The Clinical Genome Resource (ClinGen) Sequence Variant Interpretation (SVI) Working Group used curated functional evidence from ClinGen Variant Curation Expert Panel-developed rule specifications and expert opinions to refine the PS3/BS3 criteria over multiple in-person and virtual meetings. We estimated the odds of pathogenicity for assays using various numbers of variant controls to determine the minimum controls required to reach moderate level evidence. Feedback from the ClinGen Steering Committee and outside experts were incorporated into the recommendations at multiple stages of development. Results The SVI Working Group developed recommendations for evaluators regarding the assessment of the clinical validity of functional data and a four-step provisional framework to determine the appropriate strength of evidence that can be applied in clinical variant interpretation. These steps are as follows: (1) define the disease mechanism, (2) evaluate the applicability of general classes of assays used in the field, (3) evaluate the validity of specific instances of assays, and (4) apply evidence to individual variant interpretation. We found that a minimum of 11 total pathogenic and benign variant controls are required to reach moderate-level evidence in the absence of rigorous statistical analysis. Conclusions The recommendations and approach to functional evidence evaluation described here should help clarify the clinical variant interpretation process for functional assays. Further, we hope that these recommendations will help develop productive partnerships with basic scientists who have developed functional assays that are useful for interrogating the function of a variety of genes.

We have developed a methylation editing toolbox, Casilio-ME, that enables not only RNA-guided methylcytosine editing by targeting TET1 to genomic sites, but also by co-delivering TET1 and protein factors that couple methylcytosine oxidation to DNA repair activities, and/or promote TET1 to achieve enhanced activation of methylation-silenced genes. Delivery of TET1 activity by Casilio-ME1 robustly altered the CpG methylation landscape of promoter regions and activated methylation-silenced genes. We augmented Casilio-ME1 to simultaneously deliver the TET1-catalytic domain and GADD45A (Casilio-ME2) or NEIL2 (Casilio-ME3) to streamline removal of oxidized cytosine intermediates to enhance activation of targeted genes. Using two-in-one effectors or modular effectors, Casilio-ME2 and Casilio-ME3 remarkably boosted gene activation and methylcytosine demethylation of targeted loci. We expanded the toolbox to enable a stable and expression-inducible system for broader application of the Casilio-ME platforms. This work establishes an advanced platform for editing DNA methylation to enable transformative research investigations interrogating DNA methylomes.

Lynch syndrome (LS) is a hereditary cancer predisposition condition caused by inactivating germline mutations in one of the DNA mismatch repair (MMR) genes. Identifying a deleterious germline mutation by DNA sequencing is important for confirming an LS diagnosis. Frameshift and nonsense mutations significantly alter the protein product and likely impair MMR function. However, the implication of a missense mutation is often difficult to interpret. Referred to as variants of uncertain significance (VUS), their discovery hampers the definitive LS diagnosis. To determine the pathogenic significance of a VUS it is helpful to know its impact on protein function. Functional studies in the test tube and in cellular models have been performed for some VUS, however, these studies have been limited by the artificial nature of the assays. We report here an improved functional assay in which we engineered site-specific MSH2 VUS using Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 gene editing in human embryonic stem cells. This approach introduces the variant into the endogenous MSH2 loci, while simultaneously eliminating the wild-type gene. We then characterized the impact of the variants on cellular MMR functions including DNA damage response signaling upon challenge with a DNA alkylating agent and the repair of DNA microsatellites. We classified the MMR functional capability of 8 of 10 VUS under study providing valuable information for determining their likelihood of being bona fide LS mutations. This improved human cell-based assay system for functionally testing MMR gene VUS will facilitate the identification of high risk LS patients.

Background The American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG)/Association for Molecular Pathology (AMP) clinical variant interpretation guidelines established criteria (PS3/BS3) for functional assays that specified a “strong” level of evidence. However, they did not provide detailed guidance on how functional evidence should be evaluated, and differences in the application of the PS3/BS3 codes is a contributor to variant interpretation discordance between laboratories. This recommendation seeks to provide a more structured approach to the assessment of functional assays for variant interpretation and guidance on the use of various levels of strength based on assay validation.Methods The Clinical Genome Resource (ClinGen) Sequence Variant Interpretation (SVI) Working Group used curated functional evidence from ClinGen Variant Curation Expert Panel-developed rule specifications and expert opinions to refine the PS3/BS3 criteria over multiple in-person and virtual meetings. We estimated odds of pathogenicity for assays using various numbers of variant controls to determine the minimum controls required to reach moderate level evidence. Feedback from the ClinGen Steering Committee and outside experts were incorporated into the recommendations at multiple stages of development.Results The SVI Working Group developed recommendations for evaluators regarding the assessment of the clinical validity of functional data and a four-step provisional framework to determine the appropriate strength of evidence that can be applied in clinical variant interpretation. These steps are: 1. Define the disease mechanism; 2. Evaluate applicability of general classes of assays used in the field; 3. Evaluate validity of specific instances of assays; 4. Apply evidence to individual variant interpretation. We found that a minimum of eleven total pathogenic and benign variant controls are required to reach moderate-level evidence in the absence of rigorous statistical analysis.Conclusions The recommendations and approach to functional evidence evaluation described here should help clarify the clinical variant interpretation process for functional assays. Further, we hope that these recommendations will help develop productive partnerships with basic scientists who have developed functional assays that are useful for interrogating the function of a variety of genes.* ACMG : American College of Medical Genetics and Genomics AMP : Association for Molecular Pathology B : benign BA1 : allele frequency data as stand-alone evidence of benign impact BS1 : allele frequency greater than expected for disease, strong evidence of benign impact BS3 : well-established functional studies provide strong support of a benign effect cDNA : complementary deoxyribonucleic acid CLIA : Clinical Laboratory Improvement Amendments ClinGen : Clinical Genome Resource ClinVar : Clinical Variant Database CRISPR : clustered regularly interspersed short palindromic repeats DOI : Digital Object Identifier gnomAD : Genome Aggregation Database LB : likely benign LP : likely pathogenic mRNA : messenger ribonucleic acid NMD : nonsense-mediated decay OddsPath : odds of pathogenicity P : pathogenic PM4 : protein length changes as a result of in-frame deletions/insertions in a nonrepeat region or stop-loss variant, moderate-level evidence of pathogenic impact PMID : PubMed Identifier PP3 : computational, supporting-level evidence of pathogenic impact PP4 : phenotype is highly specific for disease, supporting-level evidence for pathogenicity PS3 : well-established functional studies providing strong support of a pathogenic effect PS4 : prevalence in affected individuals is significantly increased relative to controls, strong evidence of pathogenic impact PVS1 : null variant where loss-of-function is a known mechanism of disease, very strong evidence of pathogenicity RT-PCR : real-time polymerase chain reaction SVI : Sequence Variant Interpretation Working Group VCEP : Variant Curation Expert Panel VCI : Variant Curation Interface VUS : variant of uncertain significance

ABSTRACT PURPOSE Functional assays provide important evidence for classifying the disease significance of germline variants in the DNA mismatch repair genes. We sought to develop a cell-based approach for testing the function of variants of uncertain significance (VUS) in the MLH1 gene. METHODS Using CRISPR gene editing, we knocked-in MLH1 VUS into the endogenous MLH1 loci in human embryonic stem cells. We examined their impact at the RNA and protein level, including their ability to maintain stability of microsatellite sequences and instigate a DNA damage response. We calibrated these assays by testing well-established pathogenic and benign control variants. RESULTS Five VUS resulted in functionally abnormal protein, 15 VUS resulted in functionally normal protein, and one VUS showed mixed results. Furthermore, we converted the functional outputs into a single odds in favor of pathogenicity score for each VUS. CONCLUSION Our CRISPR-based functional assay successfully models phenotypes observed in patients in a cellular context. Using this approach, we generated evidence for or against pathogenicity for utilization by variant classification expert panels. Ultimately, this information will assist in proper diagnosis and disease management for suspected Lynch syndrome patients.