Deafness, onychodystrophy, osteodystrophy, mental retardation, and seizures (DOORS) syndrome is a rare autosomal recessive disorder of unknown cause. We aimed to identify the genetic basis of this syndrome by sequencing most coding exons in affected individuals.Through a search of available case studies and communication with collaborators, we identified families that included at least one individual with at least three of the five main features of the DOORS syndrome: deafness, onychodystrophy, osteodystrophy, intellectual disability, and seizures. Participants were recruited from 26 centres in 17 countries. Families described in this study were enrolled between Dec 1, 2010, and March 1, 2013. Collaborating physicians enrolling participants obtained clinical information and DNA samples from the affected child and both parents if possible. We did whole-exome sequencing in affected individuals as they were enrolled, until we identified a candidate gene, and Sanger sequencing to confirm mutations. We did expression studies in human fibroblasts from one individual by real-time PCR and western blot analysis, and in mouse tissues by immunohistochemistry and real-time PCR.26 families were included in the study. We did exome sequencing in the first 17 enrolled families; we screened for TBC1D24 by Sanger sequencing in subsequent families. We identified TBC1D24 mutations in 11 individuals from nine families (by exome sequencing in seven families, and Sanger sequencing in two families). 18 families had individuals with all five main features of DOORS syndrome, and TBC1D24 mutations were identified in half of these families. The seizure types in individuals with TBC1D24 mutations included generalised tonic-clonic, complex partial, focal clonic, and infantile spasms. Of the 18 individuals with DOORS syndrome from 17 families without TBC1D24 mutations, eight did not have seizures and three did not have deafness. In expression studies, some mutations abrogated TBC1D24 mRNA stability. We also detected Tbc1d24 expression in mouse phalangeal chondrocytes and calvaria, which suggests a role of TBC1D24 in skeletogenesis.Our findings suggest that mutations in TBC1D24 seem to be an important cause of DOORS syndrome and can cause diverse phenotypes. Thus, individuals with DOORS syndrome without deafness and seizures but with the other features should still be screened for TBC1D24 mutations. More information is needed to understand the cellular roles of TBC1D24 and identify the genes responsible for DOORS phenotypes in individuals who do not have a mutation in TBC1D24.US National Institutes of Health, the CIHR (Canada), the NIHR (UK), the Wellcome Trust, the Henry Smith Charity, and Action Medical Research.

Androgen insensitivity syndrome (AIS) is a difference of sex development (DSD) characterized by different degrees of undervirilization in individuals with a 46,XY karyotype despite normal to high gonadal testosterone production. Classically, AIS is explained by hemizygous mutations in the X-chromosomal androgen receptor (AR) gene. Nevertheless, the majority of individuals with clinically diagnosed AIS do not carry an AR gene mutation. Here, we present a patient with a 46,XY karyotype, born with undervirilized genitalia, age-appropriate testosterone levels and no uterus, characteristic for AIS. Diagnostic whole exome sequencing (WES) showed a maternally inherited LINE1 (L1) retrotransposon insertion in the 5' untranslated region (5'UTR) of the AR gene. Long-read nanopore sequencing confirmed this as an insertion of a truncated L1 element of ≈ 2.7 kb and showed an increased DNA methylation at the L1 insertion site in patient-derived genital skin fibroblasts (GSFs) compared to healthy controls. The insertion coincided with reduced AR transcript and protein levels in patient-derived GSFs confirming the clinical diagnosis AIS. Our results underline the relevance of retrotransposons in human disease, and expand the growing list of human diseases associated with them.

Trithorax-related H3K4 methyltransferases, KMT2C and KMT2D, are critical epigenetic modifiers. Haploinsufficiency of KMT2C was only recently recognized as a cause of neurodevelopmental disorder (NDD), so the clinical and molecular spectrums of the KMT2C-related NDD (now designated as Kleefstra syndrome 2) are largely unknown. We ascertained 98 individuals with rare KMT2C variants, including 75 with protein-truncating variants (PTVs). Notably, ∼15% of KMT2C PTVs were inherited. Although the most highly expressed KMT2C transcript consists of only the last four exons, pathogenic PTVs were found in almost all the exons of this large gene. KMT2C variant interpretation can be challenging due to segmental duplications and clonal hematopoesis-induced artifacts. Using samples from 27 affected individuals, divided into discovery and validation cohorts, we generated a moderate strength disorder-specific KMT2C DNA methylation (DNAm) signature and demonstrate its utility in classifying non-truncating variants. Based on 81 individuals with pathogenic/likely pathogenic variants, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is characterized by developmental delay, intellectual disability, behavioral and psychiatric problems, hypotonia, seizures, short stature, and other comorbidities. The facial module of PhenoScore, applied to photographs of 34 affected individuals, reveals that the KMT2C-related facial gestalt is significantly different from the general NDD population. Finally, using PhenoScore and DNAm signatures, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is clinically and epigenetically distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes. Overall, we define the clinical features, molecular spectrum, and DNAm signature of the KMT2C-related NDD and demonstrate they are distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes highlighting the need to rename this condition.

Abstract CSMD1 ( Cub and Sushi Multiple Domains 1 ) is a well-recognized regulator of the complement cascade, an important component of the innate immune response. CSMD1 is highly expressed in the central nervous system (CNS) where emergent functions of the complement pathway modulate neural development and synaptic activity. While a genetic risk factor for neuropsychiatric disorders, the role of CSMD1 in neurodevelopmental disorders is unclear. Through international variant sharing, we identified inherited biallelic CSMD1 variants in eight individuals from six families of diverse ancestry who present with global developmental delay, intellectual disability, microcephaly, and polymicrogyria. We modeled CSMD1 loss-of-function (LOF) pathogenesis in early-stage forebrain organoids differentiated from CSMD1 knockout human embryonic stem cells (hESCs). We show that CSMD1 is necessary for neuroepithelial cytoarchitecture and synchronous differentiation. In summary, we identified a critical role for CSMD1 in brain development and biallelic CSMD1 variants as the molecular basis of a previously undefined neurodevelopmental disorder.

Genomic structural variants (SVs) can affect many genes and regulatory elements. Therefore, the molecular mechanisms driving the phenotypes of patients with multiple congenital abnormalities and/or intellectual disability carrying de novo SVs are frequently unknown. We applied a combination of systematic experimental and bioinformatic methods to improve the molecular diagnosis of 39 patients with de novo SVs and an inconclusive diagnosis after regular genetic testing. In seven of these cases (18%) whole genome sequencing analysis detected disease-relevant complexities of the SVs missed in routine microarray-based analyses. We developed a computational tool to predict effects on genes directly affected by SVs and on genes indirectly affected due to changes in chromatin organization and impact on regulatory mechanisms. By combining these functional predictions with extensive phenotype information, candidate driver genes were identified in 16/39 (41%) patients. In eight cases evidence was found for involvement of multiple candidate drivers contributing to different parts of the phenotypes. Subsequently, we applied this computational method to a collection of 382 patients with previously detected and classified de novo SVs and identified candidate driver genes in 210 cases (54%), including 32 cases whose SVs were previously not classified as pathogenic. Pathogenic positional effects were predicted in 25% of the cases with balanced SVs and in 8% of the cases with copy number variants. These results show that driver gene prioritization based on integrative analysis of WGS data with phenotype association and chromatin organization datasets can improve the molecular diagnosis of patients with de novo SVs.