In characterizing a disease, it is common to search for dysfunctional genes by assaying the transcriptome. The resulting differentially expressed genes are typically assessed for shared features, such as functional annotation or co-expression. While useful, the reliability of these systems method is far less clear. To better understand shared disease signals, we assess their replicability by first looking at gene-level recurrence and then pathway-level recurrence along with co-expression signals across the six pedigrees of a rare homogeneous X-linked disorder, TAF1 syndrome. We find most differentially expressed genes are not recurrent between pedigrees, and functional enrichment largely unique. We do find two highly recurrent "functional outliers" (CACNA1I and IGFBP3), genes acting atypically with respect to co-expression and therefore missed by standard systems assessment. We show this occurs in re-analysis of public Huntington's disease, Parkinson's disease and schizophrenia data. Our results suggest a significant role for genes missed in systems approaches.

Amino-terminal (Nt-) acetylation (NTA) is a common protein modification, affecting approximately 80% of all human proteins. The human essential X-linked gene, NAA10, encodes for the enzyme NAA10, which is the catalytic subunit in the N-terminal acetyltransferase A (NatA) complex. There is extensive genetic variation in humans with missense, splice-site, and C-terminal frameshift variants in NAA10. In mice, Naa10 is not an essential gene, as there exists a paralogous gene, Naa12, that substantially rescues Naa10 knockout mice from embryonic lethality, whereas double knockouts (Naa10-/Y Naa12-/-) are embryonic lethal. However, the phenotypic variability in the mice is nonetheless quite extensive, including piebaldism, skeletal defects, small size, hydrocephaly, hydronephrosis, and neonatal lethality. Here we replicate these phenotypes with new genetic alleles in mice, but we demonstrate their modulation by genetic background and environmental effects. We cannot replicate a prior report of "maternal effect lethality" for heterozygous Naa10-/X female mice, but we do observe a small amount of embryonic lethality in the Naa10-/Y male mice on the inbred genetic background in this different animal facility.

Abstract Amino-terminal acetylation is catalyzed by a set of N-terminal acetyltransferases (NATs). The NatA complex (including X-linked Naa10 and Naa15) is the major acetyltransferase, with 40-50% of all mammalian proteins being potential substrates. However, the overall role of amino-terminal acetylation on a whole-organism level is poorly understood, particularly in mammals. Male mice lacking Naa10 show no globally apparent in vivo amino-terminal acetylation impairment and do not exhibit complete embryonic lethality. Rather Naa10 nulls display increased neonatal lethality, and the majority of surviving undersized mutants exhibit a combination of hydrocephaly, cardiac defects, homeotic anterior transformation, piebaldism and urogenital anomalies. Naa12 is a previously unannotated Naa10 -like paralogue with NAT activity that genetically compensates for Naa10 . Mice deficient for Naa12 have no apparent phenotype, whereas mice deficient for Naa10 and Naa12 display embryonic lethality. The discovery of Naa12 adds to the currently known machinery involved in amino-terminal acetylation in mice.