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.

We report a recurrent microdeletion syndrome causing mental retardation, epilepsy and variable facial and digital dysmorphisms. We describe nine affected individuals, including six probands: two with de novo deletions, two who inherited the deletion from an affected parent and two with unknown inheritance. The proximal breakpoint of the largest deletion is contiguous with breakpoint 3 (BP3) of the Prader-Willi and Angelman syndrome region, extending 3.95 Mb distally to BP5. A smaller 1.5-Mb deletion has a proximal breakpoint within the larger deletion (BP4) and shares the same distal BP5. This recurrent 1.5-Mb deletion contains six genes, including a candidate gene for epilepsy (CHRNA7) that is probably responsible for the observed seizure phenotype. The BP4–BP5 region undergoes frequent inversion, suggesting a possible link between this inversion polymorphism and recurrent deletion. The frequency of these microdeletions in mental retardation cases is ∼0.3% (6/2,082 tested), a prevalence comparable to that of Williams, Angelman and Prader-Willi syndromes.

Allan-Herndon-Dudley syndrome was among the first of the X-linked mental retardation syndromes to be described (in 1944) and among the first to be regionally mapped on the X chromosome (in 1990). Six large families with the syndrome have been identified, and linkage studies have placed the gene locus in Xq13.2. Mutations in the monocarboxylate transporter 8 gene (MCT8) have been found in each of the six families. One essential function of the protein encoded by this gene appears to be the transport of triiodothyronine into neurons. Abnormal transporter function is reflected in elevated free triiodothyronine and lowered free thyroxine levels in the blood. Infancy and childhood in the Allan-Herndon-Dudley syndrome are marked by hypotonia, weakness, reduced muscle mass, and delay of developmental milestones. Facial manifestations are not distinctive, but the face tends to be elongated with bifrontal narrowing, and the ears are often simply formed or cupped. Some patients have myopathic facies. Generalized weakness is manifested by excessive drooling, forward positioning of the head and neck, failure to ambulate independently, or ataxia in those who do ambulate. Speech is dysarthric or absent altogether. Hypotonia gives way in adult life to spasticity. The hands exhibit dystonic and athetoid posturing and fisting. Cognitive development is severely impaired. No major malformations occur, intrauterine growth is not impaired, and head circumference and genital development are usually normal. Behavior tends to be passive, with little evidence of aggressive or disruptive behavior. Although clinical signs of thyroid dysfunction are usually absent in affected males, the disturbances in blood levels of thyroid hormones suggest the possibility of systematic detection through screening of high-risk populations.

Germline pathogenic variants in chromatin-modifying enzymes are a common cause of pediatric developmental disorders. These enzymes catalyze reactions that regulate epigenetic inheritance via histone post translational modifications and DNA methylation. Cytosine methylation of DNA (5mC) is the quintessential epigenetic mark, yet no human Mendelian disorder of DNA demethylation has been delineated. Here, we describe in detail the first Mendelian disorder caused by disruption of DNA demethylation. TET3 is a methylcytosine dioxygenase that initiates DNA demethylation during early zygote formation, embryogenesis, and neuronal differentiation and is intolerant to haploinsufficiency in mice and humans. Here we identify and characterize 11 cases of human TET3 deficiency in 8 families with the common phenotypic features of intellectual disability/global developmental delay, hypotonia, autistic traits, movement disorders, growth abnormalities, and facial dysmorphism. Mono-allelic frameshift and nonsense variants in TET3 occur throughout the coding region. Mono-allelic and bi-allelic missense variants localize to conserved residues with all but one occurring within the catalytic domain and most displaying hypomorphic function in a catalytic activity assay. TET3 deficiency shows substantial phenotypic overlap with other Mendelian disorders of the epigenetic machinery, including intellectual disability and growth abnormalities, underscoring shared disease mechanisms.