Identifying transcript location in cells Identifying where specific RNAs occur within a cell or tissue has been limited by technology and imaging capabilities. Expansion microscopy has allowed for better visualization of small structures by expanding the tissues with a polymer- and hydrogel-based system. Alon et al. combined expansion microscopy with long-read in situ RNA sequencing, resulting in a more precise visualization of the location of specific transcripts. This method, termed “ExSeq” for expansion sequencing, was used to detect RNAs, both new transcripts and those previously demonstrated to localize to neuronal dendrites. Unlike other in situ sequencing methods, ExSeq does not target sets of genes. This technology thus unites spatial resolution, multiplexing, and an unbiased approach to reveal insights into RNA localization and its physiological roles in developing and active tissue. Science , this issue p. eaax2656

Whole exome sequencing (WES) represents a significant breakthrough in clinical genetics as a powerful tool for etiological discovery in neurodevelopmental disorders. To better characterize the genetic landscape of neurodevelopmental disorders, we analyzed patients in our pediatric neurogenetics clinic who underwent WES.We performed a retrospective cohort study on 78 patients with various neurodevelopmental disabilities and unrevealing workup prior to WES. We characterized their molecular diagnoses, clinical features, and whether their previous treatment plan changed due to WES results.The overall presumptive diagnostic rate for our cohort was 41% (n = 32 of 78 patients). Nineteen patients had a single autosomal dominant (AD) disorder, 11 had a single autosomal recessive (AR) disorder, 1 had an X-linked dominant disorder, and 1 had both an AD and an AR disorder. The 32 patients with pathogenic or likely pathogenic variants exhibited various neurobehavioral and neuroimaging abnormalities, including intellectual disability/developmental delay (n = 28), cerebral palsy-like encephalopathy (n = 11), autism spectrum disorder (n = 5), delayed/hypomyelination (n = 7), and cerebellar abnormalities (n = 9). The results of WES affected management for all patients with a presumptive diagnosis, triggering reproductive planning (n = 27), disease monitoring initiation (n = 4), investigation of systemic involvement of the disorder(s) (n = 6), alteration of presumed disease inheritance pattern (n = 7), changing of prognosis (n = 10), medication discontinuation (n = 5) or initiation (n = 2), and clinical trial education (n = 3).The high diagnostic yield of WES supports its use in pediatric neurology practices. It may also lead to earlier diagnosis, impacting medical management, prognostication, and family planning. WES therefore serves as a critical tool for the child neurologist.

Abstract To capture the full spectrum of genetic risk for autism, we performed a two-stage analysis of rare de novo and inherited coding variants in 42,607 autism cases, including 35,130 new cases recruited online by SPARK. We identified 60 genes with exome-wide significance ( P < 2.5 × 10 −6 ), including five new risk genes ( NAV3 , ITSN1 , MARK2 , SCAF1 and HNRNPUL2 ). The association of NAV3 with autism risk is primarily driven by rare inherited loss-of-function (LoF) variants, with an estimated relative risk of 4, consistent with moderate effect. Autistic individuals with LoF variants in the four moderate-risk genes ( NAV3 , ITSN1 , SCAF1 and HNRNPUL2 ; n = 95) have less cognitive impairment than 129 autistic individuals with LoF variants in highly penetrant genes ( CHD8, SCN2A, ADNP, FOXP1 and SHANK3 ) (59% vs 88%, P = 1.9 × 10 −6 ). Power calculations suggest that much larger numbers of autism cases are needed to identify additional moderate-risk genes.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a genetically heterogeneous condition, caused by a combination of rare de novo and inherited variants as well as common variants in at least several hundred genes. However, significantly larger sample sizes are needed to identify the complete set of genetic risk factors. We conducted a pilot study for SPARK (SPARKForAutism.org) of 457 families with ASD, all consented online. Whole exome sequencing (WES) and genotyping data were generated for each family using DNA from saliva. We identified variants in genes and loci that are clinically recognized causes or significant contributors to ASD in 10.4% of families without previous genetic findings. In addition, we identified variants that are possibly associated with ASD in an additional 3.4% of families. A meta-analysis using the TADA framework at a false discovery rate (FDR) of 0.1 provides statistical support for 26 ASD risk genes. While most of these genes are already known ASD risk genes, BRSK2 has the strongest statistical support and reaches genome-wide significance as a risk gene for ASD ( p -value = 2.3e−06). Future studies leveraging the thousands of individuals with ASD who have enrolled in SPARK are likely to further clarify the genetic risk factors associated with ASD as well as allow accelerate ASD research that incorporates genetic etiology.

Cerebral adrenoleukodystrophy (CALD) is an X-linked rapidly progressive demyelinating disease leading to death usually within a few years. The standard of care is hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), but many men are not eligible due to age, absence of a matched donor, or lesions of the corticospinal tracts (CST). Based on the ADVANCE study showing that leriglitazone decreases the occurrence of CALD, we treated 13 adult CALD patients (19-67 years of age) either not eligible to HSCT (n= 8) or awaiting HSCT (n= 5). Patients were monitored every 3 months with standardized neurological scores, plasma biomarkers and brain MRI comprising lesion volumetrics and diffusion tensor imaging. The disease stabilized clinically and radiologically in 10 patients with up to 2 years of follow-up. Five patients presented with gadolinium enhancing CST lesions that all turned gadolinium negative and, remarkably, regressed in four patients. Plasma neurofilament light chain levels stabilized in all 10 patients and correlated with lesion load. The two patients who continued to deteriorate were over 60 years of age with prominent cognitive impairment. One patient rapidly died from Covid19. These results suggest that leriglitazone can arrest disease progression in adults with early-stage CALD and may be an alternative treatment to HSCT.

Autism spectrum disorder (ASD) is a genetically heterogeneous condition, caused by a combination of rare de novo and inherited variants as well as common variants in at least several hundred genes. However, significantly larger sample sizes are needed to identify the complete set of genetic risk factors. We conducted a pilot study for SPARK (SPARKForAutism.org) of 457 families with ASD, all consented online. Whole exome sequencing (WES) and genotyping data were generated for each family using DNA from saliva. We identified variants in genes and loci that are clinically recognized causes or significant contributors to ASD in 10.4% of families without previous genetic findings. Additionally, we identified variants that are possibly associated with autism in an additional 3.4% of families. A meta-analysis using the TADA framework at a false discovery rate (FDR) of 0.2 provides statistical support for 34 ASD risk genes with at least one damaging variant identified in SPARK. Nine of these genes (BRSK2, DPP6, EGR3, FEZF2, ITSN1, KDM1B, NR4A2, PAX5 and RALGAPB) are newly emerging genes in autism, of which BRSK2 has the strongest statistical support as a risk gene for autism (TADA q-value = 0.0015). Future studies leveraging the thousands of individuals with ASD that have enrolled in SPARK are likely to further clarify the genetic risk factors associated with ASD as well as allow accelerate autism research that incorporates genetic etiology.

Alexander disease results from gain of function mutations in the gene encoding glial fibrillary acidic protein (GFAP), an intermediate filament protein expressed in astrocytes. At least eight GFAP isoforms have been described, however, the predominant alpha isoform accounts for approximately 90% of GFAP protein in the central nervous system. Here we describe exonic variants identified in three unrelated families with Type II Alexander disease that alter the splicing of GFAP pre-mRNA and result in upregulation of a previously uncharacterised GFAP lambda isoform (NM\_001363846.1). Affected members of Family 1 and Family 2 shared the same missense variant, NM\_001363846.1:c.1289G>A;p.(Arg430His) while in Family 3 we identified a synonymous variant in the adjacent nucleotide, NM_001363846.1:c.1290C>A;p.(Arg430Arg). Using RNA and protein analysis of brain autopsy samples, and a mini-gene splicing reporter assay, we demonstrate both variants result in upregulation of the lambda isoform. We assessed other GFAP variants in the ClinVar database for predicted aberrant splicing and, using the same assay, demonstrated significant changes to splicing for two selected variants. In one case, we found that altered splicing due to a +5 intronic variant resulted in the inclusion of the GFAP kappa isoform. Our approach demonstrates the importance of characterizing the effect of GFAP variants on mRNA splicing in order to inform future pathophysiologic and therapeutic study for Alexander disease.

The most common manifestation of X-linked adrenoleukodystrophy (ALD) is a slowly progressive myeloneuropathy, which leads to imbalance and gait disturbances. The variable progression of the disease complicates evaluation of its progression rate. Wearable sensors allow for easy and frequent balance and gait collection. This study reports baseline data from a longitudinal study on the quantitative assessment of balance and gait with wearable sensors and their clinical relevance.

Metachromatic leukodystrophy (MLD) is a rare neurodegenerative disorder. Emerging therapies are most effective in the presymptomatic phase, and thus defining this window is critical. We hypothesize that early development delay may precede developmental plateau. With the advent of presymptomatic screening platforms and transformative therapies, it is essential to define the onset of neurologic disease.