Joseph Gleeson and colleagues report exome sequencing of 20 individuals with hemimegalencephaly (HME), identifying de novo somatic mutations in the PIK3CA, AKT3 and MTOR genes. De novo somatic mutations in focal areas are well documented in diseases such as neoplasia but are rarely reported in malformation of the developing brain. Hemimegalencephaly (HME) is characterized by overgrowth of either one of the two cerebral hemispheres. The molecular etiology of HME remains a mystery. The intractable epilepsy that is associated with HME can be relieved by the surgical treatment hemispherectomy, allowing sampling of diseased tissue. Exome sequencing and mass spectrometry analysis in paired brain-blood samples from individuals with HME (n = 20 cases) identified de novo somatic mutations in 30% of affected individuals in the PIK3CA, AKT3 and MTOR genes. A recurrent PIK3CA c.1633G>A mutation was found in four separate cases. Identified mutations were present in 8–40% of sequenced alleles in various brain regions and were associated with increased neuronal S6 protein phosphorylation in the brains of affected individuals, indicating aberrant activation of mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling. Thus HME is probably a genetically mosaic disease caused by gain of function in phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)-AKT3-mTOR signaling.

Despite decades of research, the roles of climate and humans in driving the dramatic extinctions of large-bodied mammals during the Late Quaternary period remain contentious. Here we use ancient DNA, species distribution models and the human fossil record to elucidate how climate and humans shaped the demographic history of woolly rhinoceros, woolly mammoth, wild horse, reindeer, bison and musk ox. We show that climate has been a major driver of population change over the past 50,000 years. However, each species responds differently to the effects of climatic shifts, habitat redistribution and human encroachment. Although climate change alone can explain the extinction of some species, such as Eurasian musk ox and woolly rhinoceros, a combination of climatic and anthropogenic effects appears to be responsible for the extinction of others, including Eurasian steppe bison and wild horse. We find no genetic signature or any distinctive range dynamics distinguishing extinct from surviving species, emphasizing the challenges associated with predicting future responses of extant mammals to climate and human-mediated habitat change. The charismatic megafauna of the Ice Age are either extinct or much restricted in range. Was their fate sealed by climate change or overhunting by humans? A detailed survey of the last days of mammoths and woolly rhinos, as well as horses, bison, reindeer and musk oxen, based on radiocarbon dating and ancient DNA, shows that the response of each creature to its oncoming fate was idiosyncratic. The mass extinction of megafauna at the close of the Pleistocene epoch cannot be attributed either solely to climate change or to overhunting, but to a combination of many factors that are unique to each species.

Neurodegenerative Genetics The underlying genetics of neurodegenerative disorders tend not to be well understood. Novarino et al. (p. 506 ; see the Perspective by Singleton ) investigated the underlying genetics of hereditary spastic paraplegia (HSP), a human neurodegenerative disease, by sequencing the exomes of individuals with recessive neurological disorders. Loss-of-function gene mutations in both novel genes and genes previously implicated for this condition were identified, and several were functionally validated.

The Greater Middle East (GME) has been a central hub of human migration and population admixture. The tradition of consanguinity, variably practiced in the Persian Gulf region, North Africa, and Central Asia, has resulted in an elevated burden of recessive disease. Here we generated a whole-exome GME variome from 1,111 unrelated subjects. We detected substantial diversity and admixture in continental and subregional populations, corresponding to several ancient founder populations with little evidence of bottlenecks. Measured consanguinity rates were an order of magnitude above those in other sampled populations, and the GME population exhibited an increased burden of runs of homozygosity (ROHs) but showed no evidence for reduced burden of deleterious variation due to classically theorized 'genetic purging'. Applying this database to unsolved recessive conditions in the GME population reduced the number of potential disease-causing variants by four- to sevenfold. These results show variegated genetic architecture in GME populations and support future human genetic discoveries in Mendelian and population genetics.

A Fine Balance Intellectual and neurological disabilities can arise from diverse developmental aberrations. Novarino et al. (p. 394 , published online 6 September; see the Perspective by Beaudet ) have now determined the genetic basis for one such disorder for a small group of patients. Exome sequencing led to identification of mutations in a kinase BCKDK ( Branched Chain Ketoacid Dehydrogenase Kinase ) that regulates metabolism of branched-chain amino acids such as valine, leucine, and isoleucine. Mice with homozygous mutations in the BCKDK gene showed developmental and neurological abnormalities resembling those in certain mouse autism models. Analysis of transport mechanisms responsible for carrying amino acids across the blood-brain barrier revealed competition between the branched-chain amino acids and large neutral amino acids. Nutritional supplementation with extra branched-chain amino acids in the diet of mice carrying homozygous mutations in the BCKDK gene normalized their phenotype.

Significance The protein-coding exome of a patient with a monogenic disease contains about 20,000 variations, of which only one or two are disease causing. When attempting to select disease-causing candidate mutation(s), a challenge is to filter out as many false-positive (FP) variants as possible. In this study, we describe the gene damage index (GDI), a metric for the nonsynonymous mutational load in each protein-coding gene in the general population. We show that the GDI is an efficient gene-level method for filtering out FP variants in genes that are highly damaged in the general population.

The extinct New World stilt-legged, or NWSL, equids constitute a perplexing group of Pleistocene horses endemic to North America. Their slender distal limb bones resemble those of Asiatic asses, such as the Persian onager. Previous palaeogenetic studies, however, have suggested a closer relationship to caballine horses than to Asiatic asses. Here, we report complete mitochondrial and partial nuclear genomes from NWSL equids from across their geographic range. Although multiple NWSL equid species have been named, our palaeogenomic and morphometric analyses support the idea that there was only a single species of middle to late Pleistocene NWSL equid, and demonstrate that it falls outside of crown group Equus. We therefore propose a new genus, Haringtonhippus, for the sole species H. francisci. Our combined genomic and phenomic approach to resolving the systematics of extinct megafauna will allow for an improved understanding of the full extent of the terminal Pleistocene extinction event.