Most arteriovenous malformations (AVMs) are localized and occur sporadically. However, they also can be multifocal in autosomal-dominant disorders, such as hereditary hemorrhagic telangiectasia and capillary malformation (CM)-AVM. Previously, we identified RASA1 mutations in 50% of patients with CM-AVM. Herein we studied non-RASA1 patients to further elucidate the pathogenicity of CMs and AVMs.We conducted a genome-wide linkage study on a CM-AVM family. Whole-exome sequencing was also performed on 9 unrelated CM-AVM families. We identified a candidate gene and screened it in a large series of patients. The influence of several missense variants on protein function was also studied in vitro.We found evidence for linkage in 2 loci. Whole-exome sequencing data unraveled 4 distinct damaging variants in EPHB4 in 5 families that cosegregated with CM-AVM. Overall, screening of EPHB4 detected 47 distinct mutations in 54 index patients: 27 led to a premature stop codon or splice-site alteration, suggesting loss of function. The other 20 are nonsynonymous variants that result in amino acid substitutions. In vitro expression of several mutations confirmed loss of function of EPHB4. The clinical features included multifocal CMs, telangiectasias, and AVMs.We found EPHB4 mutations in patients with multifocal CMs associated with AVMs. The phenotype, CM-AVM2, mimics RASA1-related CM-AVM1 and also hereditary hemorrhagic telangiectasia. RASA1-encoded p120RASGAP is a direct effector of EPHB4. Our data highlight the pathogenetic importance of this interaction and indicts EPHB4-RAS-ERK signaling pathway as a major cause for AVMs.

Background: The advent of next-generation sequencing technologies has opened new avenues for clinical genomics research. In particular, as sequencing costs continue to decrease, an ever-growing number of clinical genomics institutes now rely on DNA sequencing studies at varying scales - genome, exome, mendeliome - for uncovering disease-associated variants or genes, in both rare and non-rare diseases. A common methodology for identifying such variants or genes is to rely on genetic association studies (GAS), that test whether allele or genotype frequencies differ between two groups of individuals, usually diseased subjects and healthy controls. Current bioinformatics tools for performing GAS are designed to run on standalone machines, and do not scale well with the increasing size of study designs and the search for multi-locus genetic associations. More efficient distributed and scalable data analysis solutions are needed to address this challenge. Results: We developed a Big Data solution stack for distributing computations in genetic association studies, that address both single and multi-locus associations. The proposed stack, called DiGeST (Distributed Gene/variant Scoring Tool) is divided in two main components: a Hadoop/Spark high-performance computing back-end for efficient data storage and distributed computing, and a Web front-end providing users with a rich set of options to filter, compare and explore exome data from different sample populations. Using exome data from the 1000 Genomes Project, we show that our distributed implementation smoothly scales with computing resources. We make the resulting software stack Open-Source, and provide virtualisation scripts to run the complete environment both on standalone machine or Hadoop-based cluster. Conclusions: Hadoop/Spark provides a powerful and well-suited distributed computing framework for genetic association studies. Our work illustrates the flexibility, ease of use and scalability of the framework, and more generally advocates for its wider adoption in bioinformatics pipelines.

Abstract The pathophysiological basis of non-syndromic orofacial cleft (NsOFC) is still largely unclear. However, exome sequencing (ES) has led to identify several causative genes, often with reduced penetrance. Among these, the Rho GTPase activating protein 29 ( ARHGAP29 ) has been previously implicated in 7 families with NsOFC. We investigated a cohort of 224 NsOFCs for which no genetic pathogenic variant had been identified by diagnostic testing. We used ES and bioinformatic variant filtering and identified four novel putative pathogenic variants in ARHGAP29 in four families. One was a missense variant leading to the substitution of the first methionine with threonine, two were heterozygous frameshift variants leading to a premature termination codon, and one was a nonsense variant. All variants were predicted to result in loss of function, either through mRNA decay, truncated ARHGAP29, or abnormal N-terminal initiation of translation of ARHGAP29. The truncated ARHGAP29 proteins would lack the important RhoGAP domain. The variants were either absent or rare in the control population databases, and the loss of intolerance score (pLI) of ARHGAP29 is 1.0, suggesting that ARHGAP29 haploinsufficiency is not tolerated. Phenotypes ranged from microform cleft lip (CL) to complete bilateral cleft lip and palate (CLP), with one unaffected mutation carrier. These results extend the mutational spectrum of ARHGAP29 and show that it is an important gene underlying variable NsOFC phenotypes. ARHGAP29 should be included in diagnostic genetic testing for NsOFC, especially familial cases, as it may be mutated in ∼4% of them (4/97 in our cohort) with high penetrance (89%).