Generalized pustular psoriasis (GPP) is a rare and yet potentially lethal clinical variant of psoriasis, characterized by the formation of sterile cutaneous pustules, neutrophilia, fever and features of systemic inflammation. We sequenced the exomes of five unrelated individuals diagnosed with GPP. Nonsynonymous, splice-site, insertion, and deletion variants with an estimated population frequency of <0.01 were considered as candidate pathogenic mutations. A homozygous c.338C>T (p.Ser113Leu) missense substitution of IL36RN was identified in two individuals, with a third subject found to be a compound heterozygote for c.338C>T (p.Ser113Leu) and a c.142C>T (p.Arg48Trp) missense substitution. IL36RN (previously known as IL1F5) encodes an IL-1 family receptor antagonist, which opposes the activity of the IL-36A and IL-36G innate cytokines. Homology searches revealed that GPP mutations alter evolutionarily conserved residues. Homozygosity for the c.338C>T (p.Ser113Leu) variant is associated with an elevated proinflammatory response following ex vivo stimulation with IL36A. These findings suggest loss of function of IL36RN as the genetic basis of GPP and implicate innate immune dysregulation in this severe episodic inflammatory disease, thereby highlighting IL-1 signaling as a potential target for therapeutic intervention. Generalized pustular psoriasis (GPP) is a rare and yet potentially lethal clinical variant of psoriasis, characterized by the formation of sterile cutaneous pustules, neutrophilia, fever and features of systemic inflammation. We sequenced the exomes of five unrelated individuals diagnosed with GPP. Nonsynonymous, splice-site, insertion, and deletion variants with an estimated population frequency of <0.01 were considered as candidate pathogenic mutations. A homozygous c.338C>T (p.Ser113Leu) missense substitution of IL36RN was identified in two individuals, with a third subject found to be a compound heterozygote for c.338C>T (p.Ser113Leu) and a c.142C>T (p.Arg48Trp) missense substitution. IL36RN (previously known as IL1F5) encodes an IL-1 family receptor antagonist, which opposes the activity of the IL-36A and IL-36G innate cytokines. Homology searches revealed that GPP mutations alter evolutionarily conserved residues. Homozygosity for the c.338C>T (p.Ser113Leu) variant is associated with an elevated proinflammatory response following ex vivo stimulation with IL36A. These findings suggest loss of function of IL36RN as the genetic basis of GPP and implicate innate immune dysregulation in this severe episodic inflammatory disease, thereby highlighting IL-1 signaling as a potential target for therapeutic intervention. Generalized pustular psoriasis (GPP) is a rare and potentially life-threatening disease characterized by episodic, widespread skin inflammation with pustule development associated with marked systemic features (Figure 1). Acute attacks are associated with pregnancy and may be triggered by infection and exposure to drugs. GPP may be the only manifestation of disease or occur with other forms of psoriasis, including psoriasis vulgaris (PV) and palmar-plantar pustulosis (PPP).1Griffiths C.E.M. Barker J.N.W.N. Psoriasis.in: Burns T. Breathnach S. Cox N. Griffiths C.E.M. Rook's Textbook of Dermatology. Wiley-Blackwell, Chichester, England2010: 20.1-20.60Crossref Scopus (30) Google Scholar Although GPP is classified as a variant of psoriasis, the striking clinical and histological differences indicate that it is likely to be a disease of distinct etiology. Here, we sought to identify disease-causal alleles for GPP by using an established exome-sequencing strategy.2Simpson M.A. Irving M.D. Asilmaz E. Gray M.J. Dafou D. Elmslie F.V. Mansour S. Holder S.E. Brain C.E. Burton B.K. et al.Mutations in NOTCH2 cause Hajdu-Cheney syndrome, a disorder of severe and progressive bone loss.Nat. Genet. 2011; 43: 303-305Crossref PubMed Scopus (234) Google Scholar We selected five unrelated affected individuals with GPP (Table 1) on the basis of the following criteria: (1) recurrent, severe GPP requiring hospital admission; (2) absence of associated PV; and (3) absence of the HLA-Cw∗0602 allele, the major genetic determinant of PV, at the HLA-C locus.3Strange A. Capon F. Spencer C.C. Knight J. Weale M.E. Allen M.H. Barton A. Band G. Bellenguez C. Bergboer J.G. et al.Genetic Analysis of Psoriasis Consortium & the Wellcome Trust Case Control Consortium 2A genome-wide association study identifies new psoriasis susceptibility loci and an interaction between HLA-C and ERAP1.Nat. Genet. 2010; 42: 985-990Crossref PubMed Scopus (791) Google Scholar The clinical features of each of the five subjects are presented in Table 1. None had a family history of GPP. All subjects provided full written consent, and ethical approval for this study was obtained from St Thomas' Hospital Research Ethics Committee (reference 06/Q0702/7).Table 1Clinical and Genetic Data for the Five GPP Cases in Whom Exome Sequencing Was PerformedIndividualGenderEthnicityAge at Onset (years)GPPPPPCPPInflammatory ArthritisTriggers of ExacerbationsPast Treatments / ResponseaResponse defined as treatment resulting in disease remission for > 1 month.Systemic Featuresduring FlaresIL36RN MutationGPP-01 II:5femaleEuropean51yesnononostressacitretin / nomethotrexate / nociclosporin / yesfumaderm / noetanercept / initialinfliximab / initialadalimumab / partialfever > 38°C: yesmalaise: yesCRP > 100 mg/l: yesESR > 50 mm/hr: yesneutrophilia > 15 × 109/l: yesc.338C>T (p.Ser113Leu)GPP-02 II:1maleEuropean5yesnononostress, medication (penicillin, codeine), viral infectionprednisolone / yesacitretin / nomethotrexate / yes ciclosporin / yesfever > 38°C: yesmalaise: yesCRP > 100 mg/l: yesESR > 50 mm/hr: yesneutrophilia > 15 × 109/l: yesc.338C>T (p.Ser113Leu)GPP-03 II:2femaleEuropean7yesnononostress, medication (paracetamol), viral infection, pregnancyprednisolone / yesacitretin / noisotretinoin / nomethotrexate / yesciclosporin / yesinfliximab / yesfever > 38°C: yesmalaise: yesCRP > 100 mg/l: yesESR > 50 mm/hr: yesneutrophilia > 15 × 109/l: yesc.142C>T (p.Arg48Trp) and c.338C>T (p.Ser113Leu)GPP-04 I:1femaleEuropean10yesyesnonostress, pregnancyprednisolone / nomethotrexate / yesciclosporin / noinfliximab / yesfever > 38°C: yesmalaise: yesCRP > 100 mg/l: noESR > 50 mm/hr: yesneutrophilia > 15 × 109/l: yesno mutation identifiedGPP-05 I:1femaleEuropean45yesyesnono-acitretin / yesciclosporin / yesfever > 38°C: nomalaise: noCRP > 100 mg/l: noESR > 50 mm/hr: noneutrophilia > 15 × 109/l: nono mutation identifiedAbbreviations are as follows: CRP, C-reactive protein; ESR, erythrocyte sedimentation rate.a Response defined as treatment resulting in disease remission for > 1 month. Open table in a new tab Abbreviations are as follows: CRP, C-reactive protein; ESR, erythrocyte sedimentation rate. DNA was extracted from blood, and whole-exome capture was performed by in-solution hybridization followed by massively parallel sequencing. Three micrograms of genomic DNA was sheared via focused acoustic technology (Covaris), yielding a mean fragment size of 150 bp. Fragment ends were repaired and sequencing adaptors were ligated. The sequence library was hybridized for 24 hr with biotinylated 120 bp RNA probes designed against coding regions of the genome (Agilent). Streptavidin-coated magnetic beads were utilized to retain DNA bound to the RNA probes, while unbound DNA was washed off. The exome-enriched pool of DNA was then eluted and amplified with a low-cycle PCR. Finally, the enriched DNA fragments were sequenced with 76 bp paired-end reads on the Illumina GAIIx platform. The resulting reads were aligned to the reference human genome (hg18, NCBI build 36) with Novoalign (Novocraft Technologies). Over 4.7 Gb of sequence was generated for each subject, such that > 75% of the coding bases of the GENCODE-defined exome were represented by at least 20 reads (Table S1 available online). Single-nucleotide substitutions and small insertion/deletion variants were identified with Samtools4Li H. Handsaker B. Wysoker A. Fennell T. Ruan J. Homer N. Marth G. Abecasis G. Durbin R. 1000 Genome Project Data Processing SubgroupThe Sequence Alignment/Map format and SAMtools.Bioinformatics. 2009; 25: 2078-2079Crossref PubMed Scopus (31547) Google Scholar and annotated with respect to coding genes with the Annovar software package5Wang K. Li M. Hakonarson H. ANNOVAR: Functional annotation of genetic variants from next-generation sequencing data.Nucleic Acids Res. 2010; 38: 164Crossref Scopus (7869) Google Scholar (Table S2). Because vertical transmission has not been reported for GPP, and the proband GPP-01 II-5 is the offspring of consanguineous parents (Figure 2), we prioritized analysis of the exome variant profiles with a model of a rare autosomal-recessive inheritance. This analysis required the presence of at least one homozygous or two heterozygous nonconservative sequence changes (nonsynonymous/splice-site substitution or coding insertion/deletion occurring with an estimated population frequency of < 0.01) in the same gene, in all five individuals. Population-frequency estimates were derived from the March 2011 data release of the 1000 Genomes Project and from 250 control exome variant profiles sequenced via the same methodology in our laboratory. The analysis failed to identify a single gene fitting a rare recessive model in all five individuals. However, evaluation of the data with a prior expectation of genetic heterogeneity revealed IL36RN (previously known as IL1F5, MIM 605507, RefSeq NM_173170.1) as the only gene harboring low-frequency variants compatible with recessive inheritance in three of the five subjects (Table 2). Two (GPP-01 II:5 and GPP-02 II:1) were homozygous for a c.338C>T (p.Ser113Leu) missense substitution, whereas the third subject (GPP-03 II:2) was found to be compound heterozygous for c.338C>T (p.Ser113Leu) and a c.142C>T (p.Arg48Trp) missense substitution.Table 2Numbers of Candidate Genes Highlighted by Exome SequencingAny x of five individuals12345Genes with homozygous or compound-heterozygous nonsynonymous, splice-site, or insertion/deletion variants67215141403031082162With an estimated frequency < 0.01805100 Open table in a new tab The identified variants were each confirmed by Sanger sequencing (Figure 2). Genotyping of these substitutions in available unaffected family members confirmed that the segregation of the variants was consistent with a recessive inheritance pattern for IL36RN-associated GPP (Figure 2). Neither variant has been observed by the 1000 Genomes Project or observed in the homozygous state in 250 ethnically matched control individuals. A single carrier of the c.338C>T (p.Ser113Leu) missense substitution was observed in our control cohort; no other coding variation in IL36RN was observed in this individual. Sanger sequencing of the two individuals in whom no mutation was identified by exome sequencing confirmed the wild-type sequence. It is of note that PPP was observed in these two cases. PPP is a clinical feature not present in the three individuals in whom we identified IL36RN mutations, these findings are therefore consistent with the notion that mutation of IL36RN is responsible for a specific subtype of GPP not associated with PPP. This specificity was further supported by Sanger sequencing of the four IL36RN coding exons and their associated splice sites in a cohort of 30 individuals with a range of pustular forms of psoriasis, including GPP, in individuals with preexisting PV and PPP. Wild-type coding sequence was observed in all subjects. In addition, no significant association of common variation at the IL36RN locus with PV was observed under recessive or additive models in data available from a large genome-wide association study of psoriasis previously undertaken by our group (data not shown).3Strange A. Capon F. Spencer C.C. Knight J. Weale M.E. Allen M.H. Barton A. Band G. Bellenguez C. Bergboer J.G. et al.Genetic Analysis of Psoriasis Consortium & the Wellcome Trust Case Control Consortium 2A genome-wide association study identifies new psoriasis susceptibility loci and an interaction between HLA-C and ERAP1.Nat. Genet. 2010; 42: 985-990Crossref PubMed Scopus (791) Google Scholar IL36RN has also been previously investigated in psoriatic arthritis; although association was reported with variants in other genes located within the IL1 gene cluster, no direct association was observed with a variant located in intron 1 of IL36RN (rs990524).6Rahman P. Sun S. Peddle L. Snelgrove T. Melay W. Greenwood C. Gladman D. Association between the interleukin-1 family gene cluster and psoriatic arthritis.Arthritis Rheum. 2006; 54: 2321-2325Crossref PubMed Scopus (110) Google Scholar More recently, a genome-wide association study of psoriatic arthritis did not report association to IL36RN locus.7Hüffmeier U. Uebe S. Ekici A.B. Bowes J. Giardina E. Korendowych E. Juneblad K. Apel M. McManus R. Ho P. et al.Common variants at TRAF3IP2 are associated with susceptibility to psoriatic arthritis and psoriasis.Nat. Genet. 2010; 42: 996-999Crossref PubMed Scopus (293) Google Scholar IL36RN belongs to the IL-1 cytokine family, which comprises a group of evolutionary ancient cytokines with potent and critical roles in innate immunity; a system of cells, receptors, and mediators that provides a rapid and nonspecific response to pathogens. There are 11 IL-1 family members, nine of which are clustered in a 400 kb region on chromosome 2. Like many members of the IL-1 family, IL36RN and its paralogs IL36A (MIM 605509), IL36B (MIM 605508), and IL36G (MIM 605542) (previously known as IL1F6, IL1F8, and IL1F9, respectively) are abundantly expressed in skin. The proteins encoded by these genes modulate NF-κB signaling, through their interaction with the IL-1RL2 receptor (previously known as IL-1Rrp2).8Johnston A. Xing X. Guzman A.M. Riblett M. Loyd C.M. Ward N.L. Wohn C. Prens E.P. Wang F. Maier L.E. et al.IL-1F5, -F6, -F8, and -F9: a novel IL-1 family signaling system that is active in psoriasis and promotes keratinocyte antimicrobial peptide expression.J. Immunol. 2011; 186: 2613-2622Crossref PubMed Scopus (244) Google Scholar, 9Towne J.E. Garka K.E. Renshaw B.R. Virca G.D. Sims J.E. Interleukin (IL)-1F6, IL-1F8, and IL-1F9 signal through IL-1Rrp2 and IL-1RAcP to activate the pathway leading to NF-kappaB and MAPKs.J. Biol. Chem. 2004; 279: 13677-13688Crossref PubMed Scopus (333) Google Scholar IL36RN in particular antagonizes the activity of IL-36A and IL-36G, by blocking the recruitment of the IL-1RL2 receptor complex.10Sims J.E. Smith D.E. The IL-1 family: regulators of immunity.Nat. Rev. Immunol. 2010; 10: 89-102Crossref PubMed Scopus (995) Google Scholar IL36RN itself consists of a putative signal peptide followed by a large IL-1 homology motif, thus reflecting the typical domain architecture of IL-1 family cytokines.10Sims J.E. Smith D.E. The IL-1 family: regulators of immunity.Nat. Rev. Immunol. 2010; 10: 89-102Crossref PubMed Scopus (995) Google Scholar In this context, homology searches and three-dimensional structural modeling demonstrated that both the p.R48W and the p.S113L mutation affect evolutionary conserved IL36RN residues. which are located in close proximity to critical binding residues (Figure 3).11Dunn E.F. Gay N.J. Bristow A.F. Gearing D.P. O'Neill L.A. Pei X.Y. High-resolution structure of murine interleukin 1 homologue IL-1F5 reveals unique loop conformations for receptor binding specificity.Biochemistry. 2003; 42: 10938-10944Crossref PubMed Scopus (35) Google Scholar Both missense substitutions are predicted by SIFT to be damaging.12Kumar P. Henikoff S. Ng P.C. Predicting the effects of coding non-synonymous variants on protein function using the SIFT algorithm.Nat. Protoc. 2009; 4: 1073-1081Crossref PubMed Scopus (5006) Google Scholar To assess the functional impact of the p.Ser113Leu mutation, we obtained peripheral-blood mononuclear cells (PBMCs) from a homozygous affected individual (GPP-02 II:1) and an unrelated healthy volunteer. We examined the effect of IL-36A stimulation on the production of four NF-κB-induced proinflammatory cytokines (IL-1α, IL-6, IL-8, and TNF). After 7 hr of treatment with 1 μg/ml IL-36A (R&D Systems), both intracellular transcript levels (Applied Biosystems TaqMan Gene Expression assays) and extracellular protein secretion (Millipore MILLIPLEX MAP Human Cytokine/Chemokine panel and a Luminex FLEXMAP 3D flow-based analyzer) were measured. The induction of TNF mRNA was not analyzed because the 7 hr time point exceeds the time span of the gene transcriptional response. Both sets of experiments demonstrated a marked increased in cytokine production in the affected individual PBMCs (Figure 4), in keeping with the notion that the p.Ser113Leu missense substitution affects the ability of IL36RN to antagonize IL36A-induced NF-κB signaling.Figure 4Analysis of Case and Control PBMCs, after Ex Vivo Stimulation with IL-36AShow full caption(A) The induction of IL1A, IL6, and IL8 mRNA was assessed by real-time PCR, with the RPLPO transcript used as an endogenous control. Data are plotted as the mean, and error bars represent the SEM of duplicate stimulations with the expression level of the unstimulated sample set as a baseline value. CTR, control.(B) The concentration of IL-1α, IL-6, IL-8, and TNF was assayed in the PBMC culture medium. Data are plotted as the mean, and error bars represent the SEM of duplicate stimulations. All significance values were calculated via a one-way ANOVA test, followed by a Bonferroni posttest. ∗p < 0.05, ∗∗p < 0.01, ∗∗∗p < 0.001. CTR, control.View Large Image Figure ViewerDownload Hi-res image Download (PPT) (A) The induction of IL1A, IL6, and IL8 mRNA was assessed by real-time PCR, with the RPLPO transcript used as an endogenous control. Data are plotted as the mean, and error bars represent the SEM of duplicate stimulations with the expression level of the unstimulated sample set as a baseline value. CTR, control. (B) The concentration of IL-1α, IL-6, IL-8, and TNF was assayed in the PBMC culture medium. Data are plotted as the mean, and error bars represent the SEM of duplicate stimulations. All significance values were calculated via a one-way ANOVA test, followed by a Bonferroni posttest. ∗p < 0.05, ∗∗p < 0.01, ∗∗∗p < 0.001. CTR, control. In mice, abnormal Il-36 signaling due to Il1f6 (the mouse ortholog of IL-36A) overexpression results in transient skin inflammation characterized by acanthosis, hyperkeratosis, and a mixed-cell infiltrate rich in neutrophils,13Blumberg H. Dinh H. Trueblood E.S. Pretorius J. Kugler D. Weng N. Kanaly S.T. Towne J.E. Willis C.R. Kuechle M.K. et al.Opposing activities of two novel members of the IL-1 ligand family regulate skin inflammation.J. Exp. Med. 2007; 204: 2603-2614Crossref PubMed Scopus (289) Google Scholar features observed in both PV and GPP. When crossed with Il1f5 (the mouse ortholog of IL36RN)-deficient mice, the skin phenotype is strikingly enhanced and persistent with extensive pustule formation.13Blumberg H. Dinh H. Trueblood E.S. Pretorius J. Kugler D. Weng N. Kanaly S.T. Towne J.E. Willis C.R. Kuechle M.K. et al.Opposing activities of two novel members of the IL-1 ligand family regulate skin inflammation.J. Exp. Med. 2007; 204: 2603-2614Crossref PubMed Scopus (289) Google Scholar Taken together, these data provide the platform to postulate that GPP is caused by abnormal IL-36A signaling resulting from IL36RN loss-of-function mutations. The variable age at onset of clinical manifestations of GPP in the three individuals in whom we have identified mutations in IL36RN suggests a complex interaction among this major genetic determinant, potential environmental triggers, and/or additional genetic modifiers. Interestingly mutations in another IL-1 family receptor antagonist, IL1RN (MIM 147679), have recently been reported to cause an autoinflammatory disease characterized in part by pustular skin eruptions (MIM 612852).14Aksentijevich I. Masters S.L. Ferguson P.J. Dancey P. Frenkel J. van Royen-Kerkhoff A. Laxer R. Tedgård U. Cowen E.W. Pham T.H. et al.An autoinflammatory disease with deficiency of the interleukin-1-receptor antagonist.N. Engl. J. Med. 2009; 360: 2426-2437Crossref PubMed Scopus (725) Google Scholar, 15Reddy S. Jia S. Geoffrey R. Lorier R. Suchi M. Broeckel U. Hessner M.J. Verbsky J. An autoinflammatory disease due to homozygous deletion of the IL1RN locus.N. Engl. J. Med. 2009; 360: 2438-2444Crossref PubMed Scopus (313) Google Scholar However, there are notable differences between this disease and GPP, including neonatal onset and major skeletal abnormalities. Finally, it is also of interest that anakinra, a recombinant IL-1 receptor antagonist (IL-1RA), has been reported to be effective in two individuals with GPP,16Viguier M. Guigue P. Pagès C. Smahi A. Bachelez H. Successful treatment of generalized pustular psoriasis with the interleukin-1-receptor antagonist Anakinra: lack of correlation with IL1RN mutations.Ann. Intern. Med. 2010; 153: 66-67Crossref PubMed Scopus (97) Google Scholar providing evidence for the clinical benefit of treatment targeting IL1 family pathways. GPP is a severe, debilitating, and potentially life-threatening disease. Our data indicate that mutations in IL36RN underlie this distinct form of pustular disease, separate from other forms of psoriasis. They implicate defects of the innate immune system and highlight IL-1 signaling as a potential target for therapeutic intervention. The authors express their gratitude to the families for participating in this study. This work was supported by an MRC Programme grant to R.C.T., F.O.N., and J.N.B. (G0601387), a Wellcome Trust Programme grant to F.O.N. (GR078173MA), and a British Skin Foundation award to F.C. (1006). A.O. is supported by a studentship funded by The Generation Trust. A.E.P. is supported by an MRC/BAD/BSF Clinical Research Training Fellowship. The authors acknowledge the use of BRC Core Facilities provided by the financial support from the Department of Health via the National Institute for Health Research (NIHR) comprehensive Biomedical Research Centre award to Guy's & St Thomas' NHS Foundation Trust in partnership with King's College London and King's College Hospital NHS Foundation Trust. We acknowledge technical assistance from Anna Bertoni and Christian Hundhausen. Download .pdf (.1 MB) Help with pdf files Document S1. Three Tables The URLs for data presented herein are as follows:1000 Genomes Project, http://www.1000genomes.orgThe GENCODE Project, http://www.gencodegenes.org/Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), http://www.omim.org

Abstract The omnigenic model of complex diseases stipulates that the majority of the heritability will be explained by the effects of common variation on genes in the periphery of core disease pathways. Rare variant associations, expected to explain far less of the heritability, may be enriched in core disease genes and thus will be instrumental in the understanding of complex disease pathogenesis and their potential therapeutic targets. Here, using complementary whole-exome sequencing (WES), high-density imputation, and in vitro cellular assays, we identify three candidate core genes in the pathogenesis of Systemic Lupus Erythematosus (SLE). Using extreme-phenotype sampling, we sequenced the exomes of 30 SLE parent-affected-offspring trios and identified 14 genes with missense de novo mutations (DNM), none of which are within the >80 SLE susceptibility loci implicated through genome-wide association studies (GWAS). In a follow-up cohort of 10,995 individuals of matched European ancestry, we imputed genotype data to the density of the combined UK10K-1000 genomes Phase III reference panel across the 14 candidate genes. We identify a burden of rare variants across PRKCD associated with SLE risk ( P =0.0028), and across DNMT3A associated with two severe disease prognosis sub-phenotypes ( P =0.0005 and P =0.0033). Both genes are functional candidates and significantly constrained against missense mutations in gene-level analyses, along with C1QTNF4 . We further characterise the TNF-dependent functions of candidate gene C1QTNF4 on NF-κB activation and apoptosis, which are inhibited by the p.His198Gln DNM. Our results support extreme-phenotype sampling and DNM gene discovery to aid the search for core disease genes implicated through rare variation. Significance Statement Rare variants, present in <1% in population, are expected to explain little of the heritability of complex diseases, such as Systemic Lupus Erythematosus (SLE), yet are likely to identify core genes crucial to disease mechanisms. Their rarity, however, limits the power to show their statistical association with disease. Through sequencing the exomes of SLE patients and their parents, we identified non-inherited de novo mutations in 14 genes and hypothesised that these are prime candidates for harbouring additional disease-associated rare variants. We demonstrate that two of these genes also carry a significant excess of rare variants in an independent, large cohort of SLE patients. Our findings will influence future study designs in the search for the ‘missing heritability’ of complex diseases.

Inherited retinal dystrophies comprise a clinically complex and heterogenous group of diseases characterized by visual impairment due to pathogenic variants of over 300 different genes. Accurately identifying the causative gene and associated variant is crucial for the definitive diagnosis and subsequent selection of precise treatments. Consequently, well-validated genetic tests are required in the clinical practice. Here, we report the analytical and clinical validation of a next-generation sequencing targeted gene panel, the PrismGuide IRD Panel System. This system enables comprehensive genome profiling of 82 genes related to inherited retinal dystrophies. The PrismGuide IRD Panel System demonstrated 100% ( n = 43) concordance with Sanger sequencing in detecting single-nucleotide variants, small insertions, and small deletions in the target genes and also in assessing their zygosity. It also identified copy-number loss in four out of five cases. When assessing precision, we evaluated the reproducibility of variant detection with 2,160 variants in 144 replicates and found 100% agreement in terms of single-nucleotide variants ( n = 1,584) and small insertions and deletions ( n = 576). Furthermore, the PrismGuide IRD Panel System generated sufficient read depth for variant calls across the purine-rich and highly repetitive open-reading frame 15 region of RPGR and detected all five variants tested. These results show that the PrismGuide IRD Panel System can accurately and consistently detect single-nucleotide variants and small insertions and deletions. Thus, the PrismGuide IRD Panel System could serve as useful tool that is applicable in clinical practice for identifying the causative genes based on the detection and interpretation of variants in patients with inherited retinal dystrophies and can contribute to a precise molecular diagnosis and targeted treatments.

ABSTRACT Gene expression programmes controlled by lineage-determining transcription factors are often conserved between species. However, infectious diseases have exerted profound evolutionary pressure, and therefore the genes regulated by immune-specific transcription factors might be expected to exhibit greater divergence due to exposure to species-specific pathogens. T-bet (Tbx21) is the immune-specific lineage-defining transcription factor for T helper type I (Th1) immunity, which is fundamental for the immune response to intracellular pathogens but also underlies inflammatory diseases. We therefore compared T-bet genomic targets between mouse and human CD4 + T cells and correlated T-bet binding patterns with species-specific gene expression. Remarkably, we show that the vast majority of T-bet regulated genes are conserved between mouse and human, either via preservation of a binding site or via an alternative binding site associated with transposon-linked insertion. We also identified genes that are specifically targeted by T-bet in humans or mice and which exhibited species-specific expression. These results provide a genome-wide cross-species comparison of T-bet target gene regulation that will enable more accurate translation of genetic targets and therapeutics from pre-clinical models of inflammatory disease into human clinical trials.