Recent developments in genomics have led to expanded carrier screening panels capable of assessing hundreds of causal mutations for genetic disease. This new technology enables simultaneous measurement of carrier frequencies for many diseases. As the resultant rank-ordering of carrier frequencies impacts the design and prioritization of screening programs, the accuracy of this ranking is a public health concern.A total of 23,453 individuals from many obstetric, genetics, and infertility clinics were referred for routine recessive disease carrier screening. Multiplex carrier screening was performed and results were aggregated for this study.Twenty-four percent of individuals were identified as carriers for at least one of 108 disorders, and 5.2% were carriers for multiple disorders. We report tabulations of carrier frequency by self-identified ethnicity and disease.To our knowledge, this study of a large, ethnically diverse clinical sample provides the most accurate measurements to date of carrier frequencies for hundreds of recessive alleles. The study also yields information on the clinical considerations associated with routine use of expanded panels and provides support for a pan-ethnic screening paradigm that minimizes the use of "racial" categories by the physician, as recommended by recent guidelines.

Objective: To tabulate individual allele frequencies and total carrier frequency for Smith-Lemli-Opitz syndrome (SLOS) and compare expected versus observed birth incidences. Design: Retrospective analysis of patients from the general population who have undergone carrier screening for SLOS. Setting: Individuals were offered and elected carrier screening in their respective physician's offices. Patients: 262,399 individuals with no indication of family or personal history of Smith-Lemli-Opitz syndrome, primarily US-based, screened for Smith-Lemli-Opitz syndrome mutations as part of an expanded carrier screening panel. Intervention(s): Data on mutations in the DHCR7 gene causing SLOS were analyzed to estimate carrier frequencies in multiple ethnic groups. SLOS birth incidences obtained from existing literature are then compared to our data to estimate the effect of SLOS on fetal survival. Main Outcome Measure(s): Individual and cumulative allele frequencies stratified by self-reported patient ethnicity. Results: SLOS carrier frequency is highest in individuals of Ashkenazi Jewish ancestry (1 in 43) and Northern Europeans (1 in 54). Comparing predicted birth incidence to that observed in published literature suggests that approximately 42% to 88% of affected conceptuses experience fetal demise. Conclusion: SLOS is relatively frequent in certain populations and, due to its impact on fetal survival, merits preconception screening.

Objective: Performance of noninvasive prenatal screening (NIPS) methodologies when applied to low fetal fraction samples is not well established. The single-nucleotide polymorphism (SNP) method fails samples below a predetermined fetal fraction threshold, whereas some laboratories employing the whole-genome sequencing (WGS) method report aneuploidy calls for all samples. Here, the performance of the two methods was compared to determine which approach actually detects more fetal aneuploidies. Methods: Computational models were parameterized with up-to-date published data and used to compare the performance of the two methods at calling common fetal trisomies (T21, T18, T13) at low fetal fractions. Furthermore, clinical experience data were reviewed to determine aneuploidy detection rates based on compliance with recent invasive screening recommendations. Results: The SNP method's performance is dependent on the origin of the trisomy, and is lowest for the most common trisomies (maternal M1 nondisjunction). Consequently, the SNP method cannot maintain acceptable performance at fetal fractions below ~3%. In contrast, the WGS method maintains high specificity independent of fetal fraction and has > 80% sensitivity for trisomies in low fetal fraction samples. Conclusion: The WGS method will detect more aneuploidies below the fetal fraction threshold at which many labs issue a no-call result, avoiding unnecessary invasive procedures.

The advent of cost-effective DNA sequencing has provided clinics with high-resolution information about patients' genetic variants, which has resulted in the need for efficient interpretation of this genomic data. Traditionally, variant interpretation has been dominated by many manual, time-consuming processes due to the disparate forms of relevant information in clinical databases and literature. Computational techniques promise to automate much of this, and while they currently play only a supporting role, their continued improvement for variant interpretation is necessary to tackle the problem of scaling genetic sequencing to ever larger populations. Here, we present SSCM-Pathogenic, a genome-wide, allele-specific score for predicting variant pathogenicity. The score, generated by a semi-supervised clustering algorithm, shows predictive power on clinically relevant mutations, while also displaying predictive ability in noncoding regions of the genome.

Purpose: The recent growth in pan-ethnic expanded carrier screening (ECS) has raised questions about how such panels might be designed and evaluated in a principled manner. Systematic design principles for ECS panels might improve clinical detection of at-risk couples and facilitate objective discussions of panel choice. Methods: Guided by medical-society statements, we propose a method for the design of ECS panels that aims to maximize both the aggregate and per-disease sensitivity and specificity across a range of Mendelian disorders considered "severe" or "profound" by a systematic classification scheme. We evaluated this method retrospectively using results from 405,195 de-identified carrier screens. We then constructed several idealized panels to highlight strengths and limitations of different ECS methodologies. Results: Based on modeled fetal risks for "severe" and "profound" diseases, a commercially available ECS panel (Counsyl Family Prep Screen) is expected to detect 183 affected conceptuses per 100,000 in the US population. A screen's sensitivity is greatly impacted by two factors: (1) the methodology used (e.g., full-exon sequencing finds up to 48 more affected fetuses per 100,000 than targeted genotyping with an optimal 50 variant panel), and (2) the detection rate of the screen for diseases with high prevalence and complex molecular genetics (e.g., fragile X syndrome, spinal muscular atrophy, 21-hydroxylase deficiency, and alpha-thalassemia account for 54 affected fetuses per 100,000). Conclusion: The described approaches allow principled, quantitative evaluation of which diseases and methodologies are appropriate for pan-ethnic expanded carrier screening.

The past two decades have brought many important advances in our understanding of the hereditary susceptibility to cancer. Numerous studies have provided convincing evidence that identification of germline mutations associated with hereditary cancer syndromes can lead to reductions in morbidity and mortality through targeted risk management options. Additionally, advances in gene sequencing technology now permit the development of multigene hereditary cancer testing panels. Here, we describe the 2016 revision of the Counsyl Inherited Cancer Screen for detecting single-nucleotide variants (SNVs), short insertions and deletions (indels), and copy number variants (CNVs) in 36 genes associated with an elevated risk for breast, ovarian, colorectal, gastric, endometrial, pancreatic, thyroid, prostate, melanoma, and neuroendocrine cancers. To determine test accuracy and reproducibility, we performed a rigorous analytical validation across 341 samples, including 118 cell lines and 223 patient samples. The screen achieved 100% test sensitivity across different mutation types, with high specificity and 100% concordance with conventional Sanger sequencing and multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA). We also demonstrated the screen′s high intra-run and inter-run reproducibility and robust performance on blood and saliva specimens. Furthermore, we showed that pathogenic Alu element insertions can be accurately detected by our test. Overall, the validation in our clinical laboratory demonstrated the analytical performance required for collecting and reporting genetic information related to risk of developing hereditary cancers. Datasets for this article are available online (10.5281/zenodo.193264).

ABSTRACT Purpose By identifying pathogenic variants across hundreds of genes, expanded carrier screening (ECS) enables prospective parents to assess risk of transmitting an autosomal recessive or X-linked condition. Detection of at-risk couples depends on the number of conditions tested, the diseases’ respective prevalences, and the screen’s sensitivity for identifying disease-causing variants. Here we present an analytical validation of a 235-gene sequencing-based ECS with full coverage across coding regions, targeted assessment of pathogenic noncoding variants, panel-wide copy-number-variant (CNV) calling, and customized assays for technically challenging genes. Methods Next-generation sequencing, a customized bioinformatics pipeline, and expert manual call review were used to identify single-nucleotide variants, short insertions and deletions, and CNVs for all genes except FMR1 and those whose low disease incidence or high technical complexity precludes novel variant identification or interpretation. Variant calls were compared to reference and orthogonal data. Results Validation of our ECS data demonstrated >99% analytical sensitivity and >99% specificity. A preliminary assessment of 15,177 patient samples reveals the substantial impact on fetal disease-risk detection attributable to novel CNV calling (13.9% of risk) and technically challenging conditions (15.5% of risk), such as congenital adrenal hyperplasia. Conclusion Validated, high-fidelity identification of different variant types—especially in diseases with complicated molecular genetics—maximizes at-risk couple detection.