Hearing impairment (HI) affects 1 in 650 newborns, which makes it the most common congenital sensory impairment. Despite extraordinary genetic heterogeneity, mutations in one gene, GJB2, which encodes the connexin 26 protein and is involved in inner ear homeostasis, are found in up to 50% of patients with autosomal recessive nonsyndromic hearing loss. Because of the high frequency of GJB2 mutations, mutation analysis of this gene is widely available as a diagnostic test. In this study, we assessed the association between genotype and degree of hearing loss in persons with HI and biallelic GJB2 mutations. We performed cross-sectional analyses of GJB2 genotype and audiometric data from 1,531 persons, from 16 different countries, with autosomal recessive, mild-to-profound nonsyndromic HI. The median age of all participants was 8 years; 90% of persons were within the age range of 0–26 years. Of the 83 different mutations identified, 47 were classified as nontruncating, and 36 as truncating. A total of 153 different genotypes were found, of which 56 were homozygous truncating (T/T), 30 were homozygous nontruncating (NT/NT), and 67 were compound heterozygous truncating/nontruncating (T/NT). The degree of HI associated with biallelic truncating mutations was significantly more severe than the HI associated with biallelic nontruncating mutations (P<.0001). The HI of 48 different genotypes was less severe than that of 35delG homozygotes. Several common mutations (M34T, V37I, and L90P) were associated with mild-to-moderate HI (median 25–40 dB). Two genotypes—35delG/R143W (median 105 dB) and 35delG/dela(GJB6-D13S1830) (median 108 dB)—had significantly more-severe HI than that of 35delG homozygotes. Hearing impairment (HI) affects 1 in 650 newborns, which makes it the most common congenital sensory impairment. Despite extraordinary genetic heterogeneity, mutations in one gene, GJB2, which encodes the connexin 26 protein and is involved in inner ear homeostasis, are found in up to 50% of patients with autosomal recessive nonsyndromic hearing loss. Because of the high frequency of GJB2 mutations, mutation analysis of this gene is widely available as a diagnostic test. In this study, we assessed the association between genotype and degree of hearing loss in persons with HI and biallelic GJB2 mutations. We performed cross-sectional analyses of GJB2 genotype and audiometric data from 1,531 persons, from 16 different countries, with autosomal recessive, mild-to-profound nonsyndromic HI. The median age of all participants was 8 years; 90% of persons were within the age range of 0–26 years. Of the 83 different mutations identified, 47 were classified as nontruncating, and 36 as truncating. A total of 153 different genotypes were found, of which 56 were homozygous truncating (T/T), 30 were homozygous nontruncating (NT/NT), and 67 were compound heterozygous truncating/nontruncating (T/NT). The degree of HI associated with biallelic truncating mutations was significantly more severe than the HI associated with biallelic nontruncating mutations (P<.0001). The HI of 48 different genotypes was less severe than that of 35delG homozygotes. Several common mutations (M34T, V37I, and L90P) were associated with mild-to-moderate HI (median 25–40 dB). Two genotypes—35delG/R143W (median 105 dB) and 35delG/dela(GJB6-D13S1830) (median 108 dB)—had significantly more-severe HI than that of 35delG homozygotes.

Summary

 Understanding the genetic structure of the European population is important, not only from a historical perspective, but also for the appropriate design and interpretation of genetic epidemiological studies. Previous population genetic analyses with autosomal markers in Europe either had a wide geographic but narrow genomic coverage [1, 2], or vice versa [3–6]. We therefore investigated Affymetrix GeneChip 500K genotype data from 2,514 individuals belonging to 23 different subpopulations, widely spread over Europe. Although we found only a low level of genetic differentiation between subpopulations, the existing differences were characterized by a strong continent-wide correlation between geographic and genetic distance. Furthermore, mean heterozygosity was larger, and mean linkage disequilibrium smaller, in southern as compared to northern Europe. Both parameters clearly showed a clinal distribution that provided evidence for a spatial continuity of genetic diversity in Europe. Our comprehensive genetic data are thus compatible with expectations based upon European population history, including the hypotheses of a south-north expansion and/or a larger effective population size in southern than in northern Europe. By including the widely used CEPH from Utah (CEU) samples into our analysis, we could show that these individuals represent northern and western Europeans reasonably well, thereby confirming their assumed regional ancestry.

Nonrecombining Y-chromosomal microsatellites (Y-STRs) are widely used to infer population histories, discover genealogical relationships, and identify males for criminal justice purposes. Although a key requirement for their application is reliable mutability knowledge, empirical data are only available for a small number of Y-STRs thus far. To rectify this, we analyzed a large number of 186 Y-STR markers in nearly 2000 DNA-confirmed father-son pairs, covering an overall number of 352,999 meiotic transfers. Following confirmation by DNA sequence analysis, the retrieved mutation data were modeled via a Bayesian approach, resulting in mutation rates from 3.78 × 10(-4) (95% credible interval [CI], 1.38 × 10(-5) - 2.02 × 10(-3)) to 7.44 × 10(-2) (95% CI, 6.51 × 10(-2) - 9.09 × 10(-2)) per marker per generation. With the 924 mutations at 120 Y-STR markers, a nonsignificant excess of repeat losses versus gains (1.16:1), as well as a strong and significant excess of single-repeat versus multirepeat changes (25.23:1), was observed. Although the total repeat number influenced Y-STR locus mutability most strongly, repeat complexity, the length in base pairs of the repeated motif, and the father's age also contributed to Y-STR mutability. To exemplify how to practically utilize this knowledge, we analyzed the 13 most mutable Y-STRs in an independent sample set and empirically proved their suitability for distinguishing close and distantly related males. This finding is expected to revolutionize Y-chromosomal applications in forensic biology, from previous male lineage differentiation toward future male individual identification.

Whole-exome sequencing (WES) has led to an exponential increase in identification of causative variants in mitochondrial disorders (MD). We performed WES in 113 MD suspected patients from Polish paediatric reference centre, in whom routine testing failed to identify a molecular defect. WES was performed using TruSeqExome enrichment, followed by variant prioritization, validation by Sanger sequencing, and segregation with the disease phenotype in the family. Likely causative mutations were identified in 67 (59.3 %) patients; these included variants in mtDNA (6 patients) and nDNA: X-linked (9 patients), autosomal dominant (5 patients), and autosomal recessive (47 patients, 11 homozygotes). Novel variants accounted for 50.5 % (50/99) of all detected changes. In 47 patients, changes in 31 MD-related genes (ACAD9, ADCK3, AIFM1, CLPB, COX10, DLD, EARS2, FBXL4, MTATP6, MTFMT, MTND1, MTND3, MTND5, NAXE, NDUFS6, NDUFS7, NDUFV1, OPA1, PARS2, PC, PDHA1, POLG, RARS2, RRM2B, SCO2, SERAC1, SLC19A3, SLC25A12, TAZ, TMEM126B, VARS2) were identified. The ACAD9, CLPB, FBXL4, PDHA1 genes recurred more than twice suggesting higher general/ethnic prevalence. In 19 cases, variants in 18 non-MD related genes (ADAR, CACNA1A, CDKL5, CLN3, CPS1, DMD, DYSF, GBE1, GFAP, HSD17B4, MECP2, MYBPC3, PEX5, PGAP2, PIGN, PRF1, SBDS, SCN2A) were found. The percentage of positive WES results rose gradually with increasing probability of MD according to the Mitochondrial Disease Criteria (MDC) scale (from 36 to 90 % for low and high probability, respectively). The percentage of detected MD-related genes compared with non MD-related genes also grew with the increasing MD likelihood (from 20 to 97 %). Molecular diagnosis was established in 30/47 (63.8 %) neonates and in 17/28 (60.7 %) patients with basal ganglia involvement. Mutations in CLPB, SERAC1, TAZ genes were identified in neonates with 3-methylglutaconic aciduria (3-MGA) as a discriminative feature. New MD-related candidate gene (NDUFB8) is under verification. We suggest WES rather than targeted NGS as the method of choice in diagnostics of MD in children, including neonates with 3-MGA aciduria, who died without determination of disease cause and with limited availability of laboratory data. There is a strong correlation between the degree of MD diagnosis by WES and MD likelihood expressed by the MDC scale.

The BAG3 (BLC2-associated athanogene 3) gene codes for an antiapoptotic protein located on the sarcomere Z-disc. Mutations in BAG3 are associated with dilated cardiomyopathy (DCM), but only a small number of cases have been reported to date, and the natural history of BAG3 cardiomyopathy is poorly understood. This study sought to describe the phenotype and prognosis of BAG3 mutations in a large multicenter DCM cohort. The study cohort comprised 129 individuals with a BAG3 mutation (62% males, 35.1 ± 15.0 years of age) followed at 18 European centers. Localization of BAG3 in cardiac tissue was analyzed in patients with truncating BAG3 mutations using immunohistochemistry. At first evaluation, 57.4% of patients had DCM. After a median follow-up of 38 months (interquartile range: 7 to 95 months), 68.4% of patients had DCM and 26.1% who were initially phenotype-negative developed DCM. Disease penetrance in individuals >40 years of age was 80% at last evaluation, and there was a trend towards an earlier onset of DCM in men (age 34.6 ± 13.2 years vs. 40.7 ± 12.2 years; p = 0.053). The incidence of adverse cardiac events (death, left ventricular assist device, heart transplantation, and sustained ventricular arrhythmia) was 5.1% per year among individuals with DCM. Male sex, decreased left ventricular ejection fraction. and increased left ventricular end-diastolic diameter were associated with adverse cardiac events. Myocardial tissue from patients with a BAG3 mutation showed myofibril disarray and a relocation of BAG3 protein in the sarcomeric Z-disc. DCM caused by mutations in BAG3 is characterized by high penetrance in carriers >40 years of age and a high risk of progressive heart failure. Male sex, decreased left ventricular ejection fraction, and enlarged left ventricular end-diastolic diameter are associated with adverse outcomes in patients with BAG3 mutations.

Adaptor protein (AP) complexes mediate selective intracellular vesicular trafficking and polarized localization of somatodendritic proteins in neurons. Disease-causing alleles of various subunits of AP complexes have been implicated in several heritable human disorders, including intellectual disabilities (IDs). Here, we report two bi-allelic (c.737C>A [p.Pro246His] and c.1105A>G [p.Met369Val]) and eight de novo heterozygous variants (c.44G>A [p.Arg15Gln], c.103C>T [p.Arg35Trp], c.104G>A [p.Arg35Gln], c.229delC [p.Gln77Lys∗11], c.399_400del [p.Glu133Aspfs∗37], c.747G>T [p.Gln249His], c.928−2A>C [p.?], and c.2459C>G [p.Pro820Arg]) in AP1G1, encoding gamma-1 subunit of adaptor-related protein complex 1 (AP1γ1), associated with a neurodevelopmental disorder (NDD) characterized by mild to severe ID, epilepsy, and developmental delay in eleven families from different ethnicities. The AP1γ1-mediated adaptor complex is essential for the formation of clathrin-coated intracellular vesicles. In silico analysis and 3D protein modeling simulation predicted alteration of AP1γ1 protein folding for missense variants, which was consistent with the observed altered AP1γ1 levels in heterologous cells. Functional studies of the recessively inherited missense variants revealed no apparent impact on the interaction of AP1γ1 with other subunits of the AP-1 complex but rather showed to affect the endosome recycling pathway. Knocking out ap1g1 in zebrafish leads to severe morphological defect and lethality, which was significantly rescued by injection of wild-type AP1G1 mRNA and not by transcripts encoding the missense variants. Furthermore, microinjection of mRNAs with de novo missense variants in wild-type zebrafish resulted in severe developmental abnormalities and increased lethality. We conclude that de novo and bi-allelic variants in AP1G1 are associated with neurodevelopmental disorder in diverse populations.

Abstract

Purpose

 To elucidate the novel molecular cause in families with a new autosomal recessive neurodevelopmental disorder. 

Methods

 A combination of exome sequencing and gene matching tools was used to identify pathogenic variants in 17 individuals. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-qPCR) and subcellular localization studies were used to characterize gene expression profile and localization. 

Results

 Biallelic variants in the TMEM222 gene were identified in 17 individuals from nine unrelated families, presenting with intellectual disability and variable other features, such as aggressive behavior, shy character, body tremors, decreased muscle mass in the lower extremities, and mild hypotonia. We found relatively high TMEM222 expression levels in the human brain, especially in the parietal and occipital cortex. Additionally, subcellular localization analysis in human neurons derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs) revealed that TMEM222 localizes to early endosomes in the synapses of mature iPSC-derived neurons. 

Conclusion

 Our findings support a role for TMEM222 in brain development and function and adds variants in the gene TMEM222 as a novel underlying cause of an autosomal recessive neurodevelopmental disorder.

Abstract There is increasing evidence of mitochondrial dysfunction in autism spectrum disorders (ASD), but the causal relationships are unclear. In an ASD patient whose identical twin was unaffected, we identified a postzygotic mosaic mutation p.Q639* in the TRAP1 gene, which encodes a mitochondrial chaperone of the HSP90 family. Additional screening of 176 unrelated ASD probands revealed an identical TRAP1 variant in a male patient who had inherited it from a healthy mother. Notably, newly generated knock-in Trap1 p.Q641* mice display ASD-related behavioral abnormalities exclusively in males. Accordingly, Trap1 p.Q641* mutation also resulted in sex-specific changes in synaptic plasticity, number of presynaptic mitochondria, and metabolic substrate consumption. Thus, the TRAP1 p.Q639* mutation is the first example of a monogenic ASD caused by impaired mitochondrial protein homeostasis. One-Sentence Summary Patient mutation in TRAP1 causes autism in male mice.