Thomas Sander and colleagues identify 15q13.3 microdeletions in 1% of individuals with idiopathic generalized epilepsy (IGE). The majority of these individuals do not show intellectual disability, schizophrenia or other neuropsychiatric phenotypes, thus extending the phenotypic spectrum associated with 15q13.3 microdeletions. We identified 15q13.3 microdeletions encompassing the CHRNA7 gene in 12 of 1,223 individuals with idiopathic generalized epilepsy (IGE), which were not detected in 3,699 controls (joint P = 5.32 × 10−8). Most deletion carriers showed common IGE syndromes without other features previously associated with 15q13.3 microdeletions, such as intellectual disability, autism or schizophrenia. Our results indicate that 15q13.3 microdeletions constitute the most prevalent risk factor for common epilepsies identified to date.

Idiopathic generalized epilepsies account for 30% of all epilepsies. Despite a predominant genetic aetiology, the genetic factors predisposing to idiopathic generalized epilepsies remain elusive. Studies of structural genomic variations have revealed a significant excess of recurrent microdeletions at 1q21.1, 15q11.2, 15q13.3, 16p11.2, 16p13.11 and 22q11.2 in various neuropsychiatric disorders including autism, intellectual disability and schizophrenia. Microdeletions at 15q13.3 have recently been shown to constitute a strong genetic risk factor for common idiopathic generalized epilepsy syndromes, implicating that other recurrent microdeletions may also be involved in epileptogenesis. This study aimed to investigate the impact of five microdeletions at the genomic hotspot regions 1q21.1, 15q11.2, 16p11.2, 16p13.11 and 22q11.2 on the genetic risk to common idiopathic generalized epilepsy syndromes. The candidate microdeletions were assessed by high-density single nucleotide polymorphism arrays in 1234 patients with idiopathic generalized epilepsy from North-western Europe and 3022 controls from the German population. Microdeletions were validated by quantitative polymerase chain reaction and their breakpoints refined by array comparative genomic hybridization. In total, 22 patients with idiopathic generalized epilepsy (1.8%) carried one of the five novel microdeletions compared with nine controls (0.3%) (odds ratio = 6.1; 95% confidence interval 2.8–13.2; χ2 = 26.7; 1 degree of freedom; P = 2.4 × 10−7). Microdeletions were observed at 1q21.1 [Idiopathic generalized epilepsy (IGE)/control: 1/1], 15q11.2 (IGE/control: 12/6), 16p11.2 IGE/control: 1/0, 16p13.11 (IGE/control: 6/2) and 22q11.2 (IGE/control: 2/0). Significant associations with IGEs were found for the microdeletions at 15q11.2 (odds ratio = 4.9; 95% confidence interval 1.8–13.2; P = 4.2 × 10−4) and 16p13.11 (odds ratio = 7.4; 95% confidence interval 1.3–74.7; P = 0.009). Including nine patients with idiopathic generalized epilepsy in this cohort with known 15q13.3 microdeletions (IGE/control: 9/0), parental transmission could be examined in 14 families. While 10 microdeletions were inherited (seven maternal and three paternal transmissions), four microdeletions occurred de novo at 15q13.3 (n = 1), 16p13.11 (n = 2) and 22q11.2 (n = 1). Eight of the transmitting parents were clinically unaffected, suggesting that the microdeletion itself is not sufficient to cause the epilepsy phenotype. Although the microdeletions investigated are individually rare (<1%) in patients with idiopathic generalized epilepsy, they collectively seem to account for a significant fraction of the genetic variance in common idiopathic generalized epilepsy syndromes. The present results indicate an involvement of microdeletions at 15q11.2 and 16p13.11 in epileptogenesis and strengthen the evidence that recurrent microdeletions at 15q11.2, 15q13.3 and 16p13.11 confer a pleiotropic susceptibility effect to a broad range of neuropsychiatric disorders.

Abstract The epilepsies affect around 65 million people worldwide and have a substantial missing heritability component. We report a genome-wide mega-analysis involving 15,212 individuals with epilepsy and 29,677 controls, which reveals 16 genome-wide significant loci, of which 11 are novel. Using various prioritization criteria, we pinpoint the 21 most likely epilepsy genes at these loci, with the majority in genetic generalized epilepsies. These genes have diverse biological functions, including coding for ion-channel subunits, transcription factors and a vitamin-B6 metabolism enzyme. Converging evidence shows that the common variants associated with epilepsy play a role in epigenetic regulation of gene expression in the brain. The results show an enrichment for monogenic epilepsy genes as well as known targets of antiepileptic drugs. Using SNP-based heritability analyses we disentangle both the unique and overlapping genetic basis to seven different epilepsy subtypes. Together, these findings provide leads for epilepsy therapies based on underlying pathophysiology.

SCN8A encodes the sodium channel voltage-gated α8-subunit (Nav1.6). SCN8A mutations have recently been associated with epilepsy and neurodevelopmental disorders. We aimed to delineate the phenotype associated with SCN8A mutations.We used high-throughput sequence analysis of the SCN8A gene in 683 patients with a range of epileptic encephalopathies. In addition, we ascertained cases with SCN8A mutations from other centers. A detailed clinical history was obtained together with a review of EEG and imaging data.Seventeen patients with de novo heterozygous mutations of SCN8A were studied. Seizure onset occurred at a mean age of 5 months (range: 1 day to 18 months); in general, seizures were not triggered by fever. Fifteen of 17 patients had multiple seizure types including focal, tonic, clonic, myoclonic and absence seizures, and epileptic spasms; seizures were refractory to antiepileptic therapy. Development was normal in 12 patients and slowed after seizure onset, often with regression; 5 patients had delayed development from birth. All patients developed intellectual disability, ranging from mild to severe. Motor manifestations were prominent including hypotonia, dystonia, hyperreflexia, and ataxia. EEG findings comprised moderate to severe background slowing with focal or multifocal epileptiform discharges.SCN8A encephalopathy presents in infancy with multiple seizure types including focal seizures and spasms in some cases. Outcome is often poor and includes hypotonia and movement disorders. The majority of mutations arise de novo, although we observed a single case of somatic mosaicism in an unaffected parent.

Abstract Left-right laterality is an important aspect of human brain organization for which the genetic basis is poorly understood. Using RNA sequencing data we contrasted gene expression in left- and right-sided samples from several structures of the anterior central nervous systems of post mortem human embryos and fetuses. While few individual genes stood out as significantly lateralized, most structures showed evidence of laterality of their overall transcriptomic profiles. These left-right differences showed overlap with age-dependent changes in expression, indicating lateralized maturation rates, but not consistently in left-right orientation over all structures. Brain asymmetry may therefore originate in multiple locations, or if there is a single origin, it is earlier than 5 weeks post conception, with structure-specific lateralized processes already underway by this age. This pattern is broadly consistent with the weak correlations reported between various aspects of adult brain laterality, such as language dominance and handedness.

Abstract Hand preference is a conspicuous variation in human behaviour, with a worldwide proportion of around 90% of people preferring to use the right hand for many tasks, and 10% the left hand. We used the large, general population cohort of the UK biobank (~500,000 participants) to study possible relations between early life factors and adult hand preference. The probability of being left-handed was affected by the year and location of birth, likely due to cultural effects. In addition, handedness was affected by birthweight, being part of a multiple birth, season of birth, breastfeeding, and sex, with each effect remaining significant after accounting for all others. Maternal smoking showed no association with handedness. Analysis of genome-wide genotype data showed that left-handedness was very weakly heritable, but shared no genetic basis with birthweight. Although on average left-handers and right-handers differed for a number of early life factors, all together these factors had only a minimal predictive value for individual hand preference. Therefore other, unknown effects must be involved, including possible environmental factors, and/or random developmental variation with respect to the left-right formation of the embryonic brain. Significance statement Left-right laterality is an important aspect of human brain organization which is set up early in development. Left-handedness is an overt and relatively prevalent form of atypical brain laterality. Various, often related, early life factors have been previously studied in relation to handedness, but often in small samples, or samples with biased selection schemes. Here we have performed the largest ever study of left-handedness in relation to early life factors. Left-handedness was very weakly heritable and there were significant effects of various factors such as birthweight, which remained significant after controlling for all others. However, considered all together, early life factors still had poor predictive power for the handedness of any given individual. Very early developmental perturbations, caused by environmental or chance effects in embryonic development, are therefore likely to cause left-handedness.

Early pollen development is a bottleneck for plant fertility in heatwave conditions, thus affecting yield stability. Mechanisms that protect this process and explain variation in tolerance level between genotypes are poorly understood. Here we show that sepal transpiration in young, still closed, flower buds reduces the impact of heat on developing tomato pollen and that this mechanism is enhanced by the major tomato pollen thermotolerance QTL, qPV11. By direct measurement of the flower bud core temperature and transpiration we show this process, which we term 'flower bud cooling', depends on heat-induced opening of sepal stomata and that the transpiration enhancing effect of qPV11 requires functional stomatal regulation and is specific to the sepals. Large-scale evaluation of populations in both a production field and greenhouse showed that qPV11 improves pollen viability and fruit set in heatwave-affected complex cultivation environments. These findings highlight enhanced flower bud cooling as a naturally evolved protection mechanism against heatwaves and qPV11 as genetic component in the differential regulation of transpiration between reproductive and vegetative tissues and candidate variant for the breeding of climate-resilient tomato cultivars.