Duplications and deletions in the human genome can cause disease or predispose persons to disease. Advances in technologies to detect these changes allow for the routine identification of submicroscopic imbalances in large numbers of patients.

Here, we present LNCipedia (http://www.lncipedia.org), a novel database for human long non-coding RNA (lncRNA) transcripts and genes. LncRNAs constitute a large and diverse class of non-coding RNA genes. Although several lncRNAs have been functionally annotated, the majority remains to be characterized. Different high-throughput methods to identify new lncRNAs (including RNA sequencing and annotation of chromatin-state maps) have been applied in various studies resulting in multiple unrelated lncRNA data sets. LNCipedia offers 21 488 annotated human lncRNA transcripts obtained from different sources. In addition to basic transcript information and gene structure, several statistics are determined for each entry in the database, such as secondary structure information, protein coding potential and microRNA binding sites. Our analyses suggest that, much like microRNAs, many lncRNAs have a significant secondary structure, in-line with their presumed association with proteins or protein complexes. Available literature on specific lncRNAs is linked, and users or authors can submit articles through a web interface. Protein coding potential is assessed by two different prediction algorithms: Coding Potential Calculator and HMMER. In addition, a novel strategy has been integrated for detecting potentially coding lncRNAs by automatically re-analysing the large body of publicly available mass spectrometry data in the PRIDE database. LNCipedia is publicly available and allows users to query and download lncRNA sequences and structures based on different search criteria. The database may serve as a resource to initiate small- and large-scale lncRNA studies. As an example, the LNCipedia content was used to develop a custom microarray for expression profiling of all available lncRNAs.

Osteopoikilosis, Buschke-Ollendorff syndrome (BOS) and melorheostosis are disorders characterized by increased bone density1. The occurrence of one or more of these phenotypes in the same individual or family suggests that these entities might be allelic2,3,4. We collected data from three families in which affected individuals had osteopoikilosis with or without manifestations of BOS or melorheostosis. A genome-wide linkage analysis in these families, followed by the identification of a microdeletion in an unrelated individual with these diseases, allowed us to map the gene that is mutated in osteopoikilosis. All the affected individuals that we investigated were heterozygous with respect to a loss-of-function mutation in LEMD3 (also called MAN1), which encodes an inner nuclear membrane protein. A somatic mutation in the second allele of LEMD3 could not be identified in fibroblasts from affected skin of an individual with BOS and an individual with melorheostosis. XMAN1, the Xenopus laevis ortholog, antagonizes BMP signaling during embryogenesis5. In this study, LEMD3 interacted with BMP and activin-TGFβ receptor–activated Smads and antagonized both signaling pathways in human cells.

Background: Chromosomal abnormalities are a major cause of mental retardation and multiple congenital anomalies (MCA/MR). Screening for these chromosomal imbalances has mainly been done by standard karyotyping. Previous array CGH studies on selected patients with chromosomal phenotypes and normal karyotypes suggested an incidence of 10–15% of previously unnoticed de novo chromosomal imbalances. Objective: To report array CGH screening of a series of 140 patients (the largest published so far) with idiopathic MCA/MR but normal karyotype. Results: Submicroscopic chromosomal imbalances were detected in 28 of the 140 patients (20%) and included 18 deletions, seven duplications, and three unbalanced translocations. Seventeen of 24 imbalances were confirmed de novo and 19 were assumed to be causal. Excluding subtelomeric imbalances, our study identified 11 clinically relevant interstitial submicroscopic imbalances (8%). Taking this and previously reported studies into consideration, array CGH screening with a resolution of at least 1 Mb has been undertaken on 432 patients with MCA/MR. Most imbalances are non-recurrent and spread across the genome. In at least 8.8% of these patients (38 of 432) de novo intrachromosomal alterations have been identified. Conclusions: Array CGH should be considered an essential aspect of the genetic analysis of patients with MCA/MR. In addition, in the present study three patients were mosaic for a structural chromosome rearrangement. One of these patients had monosomy 7 in as few as 8% of the cells, showing that array CGH allows detection of low grade mosaicisims.

Plants produce a wide range of allelochemicals to defend against herbivore attack, and generalist herbivores have evolved mechanisms to avoid, sequester, or detoxify a broad spectrum of natural defense compounds. Successful arthropod pests have also developed resistance to diverse classes of pesticides and this adaptation is of critical importance to agriculture. To test whether mechanisms to overcome plant defenses predispose the development of pesticide resistance, we examined adaptation of the generalist two-spotted spider mite, Tetranychus urticae , to host plant transfer and pesticides. T. urticae is an extreme polyphagous pest with more than 1,100 documented hosts and has an extraordinary ability to develop pesticide resistance. When mites from a pesticide-susceptible strain propagated on bean were adapted to a challenging host (tomato), transcriptional responses increased over time with ∼7.5% of genes differentially expressed after five generations. Whereas many genes with altered expression belonged to known detoxification families (like P450 monooxygenases), new gene families not previously associated with detoxification in other herbivores showed a striking response, including ring-splitting dioxygenase genes acquired by horizontal gene transfer. Strikingly, transcriptional profiles of tomato-adapted mites resembled those of multipesticide-resistant strains, and adaptation to tomato decreased the susceptibility to unrelated pesticide classes. Our findings suggest key roles for both an expanded environmental response gene repertoire and transcriptional regulation in the life history of generalist herbivores. They also support a model whereby selection for the ability to mount a broad response to the diverse defense chemistry of plants predisposes the evolution of pesticide resistance in generalists.

Background:

 Recurrent 15q13.3 microdeletions were recently identified with identical proximal (BP4) and distal (BP5) breakpoints and associated with mild to moderate mental retardation and epilepsy. 

Methods:

 To assess further the clinical implications of this novel 15q13.3 microdeletion syndrome, 18 new probands with a deletion were molecularly and clinically characterised. In addition, we evaluated the characteristics of a family with a more proximal deletion between BP3 and BP4. Finally, four patients with a duplication in the BP3–BP4–BP5 region were included in this study to ascertain the clinical significance of duplications in this region. 

Results:

 The 15q13.3 microdeletion in our series was associated with a highly variable intra- and inter-familial phenotype. At least 11 of the 18 deletions identified were inherited. Moreover, 7 of 10 siblings from four different families also had this deletion: one had a mild developmental delay, four had only learning problems during childhood, but functioned well in daily life as adults, whereas the other two had no learning problems at all. In contrast to previous findings, seizures were not a common feature in our series (only 2 of 17 living probands). Three patients with deletions had cardiac defects and deletion of the KLF13 gene, located in the critical region, may contribute to these abnormalities. The limited data from the single family with the more proximal BP3–BP4 deletion suggest this deletion may have little clinical significance. Patients with duplications of the BP3–BP4–BP5 region did not share a recognisable phenotype, but psychiatric disease was noted in 2 of 4 patients. 

Conclusions:

 Overall, our findings broaden the phenotypic spectrum associated with 15q13.3 deletions and suggest that, in some individuals, deletion of 15q13.3 is not sufficient to cause disease. The existence of microdeletion syndromes, associated with an unpredictable and variable phenotypic outcome, will pose the clinician with diagnostic difficulties and challenge the commonly used paradigm in the diagnostic setting that aberrations inherited from a phenotypically normal parent are usually without clinical consequences.

Structural variants (SVs) are important contributors to human disease. Their characterization remains however difficult due to their size and association with repetitive regions. Long-read sequencing (LRS) and optical genome mapping (OGM) can aid as their molecules span multiple kilobases and capture SVs in full. In this study, we selected six individuals who presented with unresolved SVs. We applied LRS onto all individuals and OGM to a subset of three complex cases. LRS detected and fully resolved the interrogated SV in all samples. This enabled a precise molecular diagnosis in two individuals. Overall, LRS identified 100% of the junctions at single-basepair level, providing valuable insights into their formation mechanisms without need for additional data sources. Application of OGM added straightforward variant phasing, aiding in the unravelment of complex rearrangements. These results highlight the potential of LRS and OGM as follow-up molecular tests for complete SV characterization. We show that they can assess clinically relevant structural variation at unprecedented resolution. Additionally, they detect (complex) cryptic rearrangements missed by conventional methods. This ultimately leads to an increased diagnostic yield, emphasizing their added benefit in a diagnostic setting. To aid their rapid adoption, we provide detailed laboratory and bioinformatics workflows in this manuscript.

ABSTRACT Point mutations and structural variants directly disrupting the coding sequence of MEF2C have been associated with a spectrum of neurodevelopmental disorders (NDDs), while recent studies have also implicated altered noncoding regulation of MEF2C expression in NDDs. However, the impact of haploinsufficiency of MEF2C on neurodevelopmental pathways and synaptic processes is not well understood, nor are the complex mechanisms that govern regulation of MEF2C . To explore the transcriptional and functional changes associated with coding and noncoding structural variants, we generated an allelic series of 204 isogenic iPSC-derived neuronal cell lines harboring CRISPR-engineered mutations that directly delete predominant isoforms of MEF2C , as well as deletions to the boundaries of topologically associating domains (TADs) and chromatin loops encompassing MEF2C . We then performed systematic profiling of mutation-specific alterations to transcriptional signatures, regulatory interactions, chromatin contacts, and electrophysiological effects. Our analyses reveal that direct deletion of MEF2C causes differential expression of genes enriched for neurodevelopmental and synaptic-associated pathways, accompanied by a significant reduction in synaptic firing and synchrony in neurons. By contrast, we observe robust buffering against MEF2C regulatory disruption upon deletion of a distal 5q14.3 TAD and loop boundary; however, homozygous loss of proximal loop boundary resulted in significant down-regulation of MEF2C expression and significantly reduced electrophysiological activity that was comparable to direct MEF2C disruption. Collectively, our findings demonstrate the functional impact of MEF2C haploinsufficiency in human-derived neural models and highlight the complex interactions of gene regulation and chromatin topology that challenge a priori regulatory predictions of structural variant disruption to three-dimensional genome organization.