Our knowledge of disease genes in neurological disorders is incomplete. With the aim of closing this gap, we performed whole-exome sequencing on 143 multiplex consanguineous families in whom known disease genes had been excluded by autozygosity mapping and candidate gene analysis. This prescreening step led to the identification of 69 recessive genes not previously associated with disease, of which 33 are here described (SPDL1, TUBA3E, INO80, NID1, TSEN15, DMBX1, CLHC1, C12orf4, WDR93, ST7, MATN4, SEC24D, PCDHB4, PTPN23, TAF6, TBCK, FAM177A1, KIAA1109, MTSS1L, XIRP1, KCTD3, CHAF1B, ARV1, ISCA2, PTRH2, GEMIN4, MYOCD, PDPR, DPH1, NUP107, TMEM92, EPB41L4A, and FAM120AOS). We also encountered instances in which the phenotype departed significantly from the established clinical presentation of a known disease gene. Overall, a likely causal mutation was identified in >73% of our cases. This study contributes to the global effort toward a full compendium of disease genes affecting brain function.

Autosomal recessive primary microcephaly (MCPH) is a rare condition characterized by a reduced cerebral cortex accompanied with intellectual disability. Mutations in 17 genes have been shown to cause this phenotype. Recently, mutations in CIT, encoding CRIK (citron rho-interacting kinase)-a component of the central spindle matrix-were added. We aimed at identifying novel MCPH-associated genes and exploring their functional role in pathogenesis.Linkage analysis and whole exome sequencing were performed in consanguineous and nonconsanguineous MCPH families to identify disease-causing variants. Functional consequences were investigated by RNA studies and on the cellular level using immunofluorescence and microscopy.We identified homozygous mutations in KIF14 (NM_014875.2;c.263T>A;pLeu88*, c.2480_2482delTTG; p.Val827del, and c.4071G>A;p.Gln1357=) as the likely cause in 3 MCPH families. Furthermore, in a patient presenting with a severe form of primary microcephaly and short stature, we identified compound heterozygous missense mutations in KIF14 (NM_014875.2;c.2545C>G;p.His849Asp and c.3662G>T;p.Gly1221Val). Three of the 5 identified mutations impaired splicing, and 2 resulted in a truncated protein. Intriguingly, Kif14 knockout mice also showed primary microcephaly. Human kinesin-like protein KIF14, a microtubule motor protein, localizes at the midbody to finalize cytokinesis by interacting with CRIK. We found impaired localization of both KIF14 and CRIK at the midbody in patient-derived fibroblasts. Furthermore, we observed a large number of binucleated and apoptotic cells-signs of failed cytokinesis that we also observed in experimentally KIF14-depleted cells.Our data corroborate the role of an impaired cytokinesis in the etiology of primary and syndromic microcephaly, as has been proposed by recent findings on CIT mutations. Ann Neurol 2017;82:562-577.

Joubert Syndrome (JBTS) is a recessive neurodevelopmental ciliopathy, characterized by a pathognomonic hindbrain malformation. All known JBTS-genes encode proteins involved in the structure or function of primary cilia, ubiquitous antenna-like organelles essential for cellular signal transduction. Here, we use the recently identified JBTS-associated protein ARMC9 in tandem-affinity purification and yeast two-hybrid screens to identify a novel ciliary module composed of ARMC9-TOGARAM1-CCDC66-CEP104-CSPP1. TOGARAM1-variants cause JBTS and disrupt its interaction with ARMC9. Using a combination of protein interaction analyses and characterization of patient-derived fibroblasts, CRISPR/Cas9-engineered zebrafish and hTERT-RPE1 cells, we demonstrate that dysfunction of ARMC9 or TOGARAM1 results in short cilia with decreased axonemal acetylation and glutamylation, but relatively intact transition zone function. Aberrant serum-induced ciliary resorption and cold-induced depolymerization in both ARMC9 and TOGARAM1 patient cells lines suggest a role for this new JBTS-associated protein complex in ciliary stability.