Abstract Intellectual disability (ID) is a clinically and genetically heterogeneous disorder, affecting 1–3% of the general population. Although research into the genetic causes of ID has recently gained momentum, identification of pathogenic mutations that cause autosomal recessive ID (ARID) has lagged behind, predominantly due to non-availability of sizeable families. Here we present the results of exome sequencing in 121 large consanguineous Pakistani ID families. In 60 families, we identified homozygous or compound heterozygous DNA variants in a single gene, 30 affecting reported ID genes and 30 affecting novel candidate ID genes. Potential pathogenicity of these alleles was supported by co-segregation with the phenotype, low frequency in control populations and the application of stringent bioinformatics analyses. In another eight families segregation of multiple pathogenic variants was observed, affecting 19 genes that were either known or are novel candidates for ID. Transcriptome profiles of normal human brain tissues showed that the novel candidate ID genes formed a network significantly enriched for transcriptional co-expression ( P< 0.0001) in the frontal cortex during fetal development and in the temporal–parietal and sub-cortex during infancy through adulthood. In addition, proteins encoded by 12 novel ID genes directly interact with previously reported ID proteins in six known pathways essential for cognitive function ( P< 0.0001). These results suggest that disruptions of temporal parietal and sub-cortical neurogenesis during infancy are critical to the pathophysiology of ID. These findings further expand the existing repertoire of genes involved in ARID, and provide new insights into the molecular mechanisms and the transcriptome map of ID.

We describe six persons from three families with three homozygous protein truncating variants in PUS7: c.89_90del (p.Thr30Lysfs^∗20), c.1348C>T (p.Arg450^∗), and a deletion of the penultimate exon 15. All these individuals have intellectual disability with speech delay, short stature, microcephaly, and aggressive behavior. PUS7 encodes the RNA-independent pseudouridylate synthase 7. Pseudouridylation is the most abundant post-transcriptional modification in RNA, which is primarily thought to stabilize secondary structures of RNA. We show that the disease-related variants lead to abolishment of PUS7 activity on both tRNA and mRNA substrates. Moreover, pus7 knockout in Drosophila melanogaster results in a number of behavioral defects, including increased activity, disorientation, and aggressiveness supporting that neurological defects are caused by PUS7 variants. Our findings demonstrate that RNA pseudouridylation by PUS7 is essential for proper neuronal development and function.

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.

COCH is the most abundantly expressed gene in the cochlea. Unsurprisingly, mutations in COCH underly hearing loss in mice and humans. Two forms of hearing loss are linked to mutations in COCH, the well-established autosomal dominant nonsyndromic hearing loss, with or without vestibular dysfunction (DFNA9) via a gain-of-function/dominant-negative mechanism, and more recently autosomal recessive nonsyndromic hearing loss (DFNB110) via nonsense variants. Using a combination of targeted gene panels, exome sequencing, and functional studies, we identified four novel pathogenic variants (two nonsense variants, one missense, and one inframe deletion) in COCH as the cause of autosomal recessive hearing loss in a multi-ethnic cohort. To investigate whether the non-truncating variants exert their effect via a loss-of-function mechanism, we used minigene splicing assays. Our data showed both the missense and inframe deletion variants altered RNA splicing by creating an exon splicing silencer and abolishing an exon splicing enhancer, respectively. Both variants create frameshifts and are predicted to result in a null allele. This study confirms the involvement of loss-of-function mutations in COCH in autosomal recessive nonsyndromic hearing loss, expands the mutational landscape of DFNB110 to include coding variants that alter RNA splicing, and highlights the need to investigate the effect of coding variants on RNA splicing.

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 COCH is the most abundantly expressed gene in the cochlea. Unsurprisingly, mutations in COCH underly deafness in mice and humans. Two forms of deafness are linked to mutations in COCH , the well-established autosomal dominant nonsyndromic hearing loss, with or without vestibular dysfunction (DFNA9) via a gain-of-function/dominant-negative mechanism, and more recently autosomal recessive nonsyndromic hearing loss (DFNB110) via nonsense variants. Using a combination of targeted gene panels, exome sequencing and functional studies, we identified four novel pathogenic variants (two nonsense variants, one missense and one inframe deletion) in COCH as the cause of autosomal recessive hearing loss in a multi-ethnic cohort. To investigate whether the non-truncating variants exert their effect via a loss-of-function mechanism, we used mini-gene splicing assays. Our data showed both the missense and inframe deletion variants altered RNA-splicing by creating an exon splicing silencer and abolishing an exon splicing enhancer, respectively. Both variants create frameshifts and are predicted to result in a null allele. This study confirms the involvement of loss-of-function mutations in COCH in autosomal recessive nonsyndromic hearing loss, expands the mutational landscape of DFNB110 to include coding variants that alter RNA-splicing, and highlights the need to investigate the effect of coding variants on RNA-splicing.

This Article was originally published under a CC BY-NC-SA 4.0 license, but has now been made available under a CC BY 4.0 license. The PDF and HTML versions of the Article have been modified accordingly.

e22523 Background: The relationship between pancreatic cancer (PC) and type 2 diabetes mellitus (T2DM) is complex and bidirectional. While T2DM can be a risk factor for PC, pancreatic cancer can also lead to the onset or exacerbation of T2DM. Especially when these conditions coexist, individuals confront heightened mortality risks due to the compounded effects of both. Thus, our CDC analysis delves into mortality trends among patients affected by both conditions from “1999 to 2020”. By analyzing extensive datasets we scrutinized how factors such as gender, race, region of residence, and level of urbanization intersect with mortality rates. Our trend analysis highlights the need for effective strategies and interventions for individuals facing these complex health challenges simultaneously. Methods: We used the CDC Wonder database to analyze trends in PC-related mortality in patients with T2DM from 1999 to 2020. Age-adjusted mortality rate (AAMR) per 100,000 people with 95% confidence intervals was calculated for the total population, stratified by gender, race, urban/rural status, and census region. We used the Joinpoint regression software to calculate annual percentage change (APC) trend for each stratification. Results: In the US between 1999 and 2020, there were 20,980 deaths from PC in patients with T2DM. The overall AAMR showed a gradual rise from 0.15 per 100,000 in 1999 to 0.27 in 2008 (APC: 6.23), a relatively constant rate of 0.27 till 2013 (APC: -0.79), followed by a more recent sharp rise to 0.48 in 2020 (APC: 8.86). While both genders showed an increase in AAMR, men showed consistently higher AAMR than women in 1999 (AAMR Men: 0.20 vs Women: 0.12) and 2020 (AAMR Men: 0.60 vs Women: 0.37). Moreover, when stratified by race NH Blacks showed higher AAMR than NH Whites in 1999 (AAMR Black: 0.22 vs White: 0.14) and 2020 (AAMR Black: 0.51 vs White:0.48). Rural areas showed consistently higher AAMR than urban areas throughout the study period, from 1999 (AAMR Rural: 0.22 vs Urban: 0.14) till 2020 (AAMR Rural: 0.64 vs Urban:0.44). Finally, the highest mortality rate was observed in Western region (AAMR: 0.39), followed by the Midwestern region (AAMR: 0.36), Southern region (AAMR: 0.26), and Northeastern region (AAMR: 0.20). Conclusions: PC remains one of the leading causes of cancer-related deaths in developed high-income countries and despite the advancements in medicine, the median survival rate remains low. Considering the high risk of PC in patients with T2DM, it is imperative to devise regulations for regular screening to avoid delays in diagnosis and ensuing treatments. Our study underscores the need for larger population-based studies to further understand the primary factors influencing the observed geographical, racial, and gender disparities.