Exome sequencing identifies mutations in kelch-like 3 and cullin 3 as causes of a syndrome featuring high blood pressure and electrolyte abnormalities. Exome sequencing in a family with pseudohypoaldosteronism type II, a rare Mendelian syndrome featuring hypertension, has identified mutations in kelch-like 3 (KLHL3) and cullin 3 (CUL3). This implicates a specific ubiquitin ligase pathway in the regulation of blood pressure and electrolyte homeostasis. This study also demonstrates the value of exome sequencing — a cheaper alternative to whole genome sequencing — in the identification of disease-associated genes. Hypertension affects one billion people and is a principal reversible risk factor for cardiovascular disease. Pseudohypoaldosteronism type II (PHAII), a rare Mendelian syndrome featuring hypertension, hyperkalaemia and metabolic acidosis, has revealed previously unrecognized physiology orchestrating the balance between renal salt reabsorption and K+ and H+ excretion1. Here we used exome sequencing to identify mutations in kelch-like 3 (KLHL3) or cullin 3 (CUL3) in PHAII patients from 41 unrelated families. KLHL3 mutations are either recessive or dominant, whereas CUL3 mutations are dominant and predominantly de novo. CUL3 and BTB-domain-containing kelch proteins such as KLHL3 are components of cullin–RING E3 ligase complexes that ubiquitinate substrates bound to kelch propeller domains2,3,4,5,6,7,8. Dominant KLHL3 mutations are clustered in short segments within the kelch propeller and BTB domains implicated in substrate9 and cullin5 binding, respectively. Diverse CUL3 mutations all result in skipping of exon 9, producing an in-frame deletion. Because dominant KLHL3 and CUL3 mutations both phenocopy recessive loss-of-function KLHL3 mutations, they may abrogate ubiquitination of KLHL3 substrates. Disease features are reversed by thiazide diuretics, which inhibit the Na–Cl cotransporter in the distal nephron of the kidney; KLHL3 and CUL3 are expressed in this location, suggesting a mechanistic link between KLHL3 and CUL3 mutations, increased Na–Cl reabsorption, and disease pathogenesis. These findings demonstrate the utility of exome sequencing in disease gene identification despite the combined complexities of locus heterogeneity, mixed models of transmission and frequent de novo mutation, and establish a fundamental role for KLHL3 and CUL3 in blood pressure, K+ and pH homeostasis.

Steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) is the second most frequent cause of ESRD in the first two decades of life. Effective treatment is lacking. First insights into disease mechanisms came from identification of single-gene causes of SRNS. However, the frequency of single-gene causation and its age distribution in large cohorts are unknown. We performed exon sequencing of NPHS2 and WT1 for 1783 unrelated, international families with SRNS. We then examined all patients by microfluidic multiplex PCR and next-generation sequencing for all 27 genes known to cause SRNS if mutated. We detected a single-gene cause in 29.5% (526 of 1783) of families with SRNS that manifested before 25 years of age. The fraction of families in whom a single-gene cause was identified inversely correlated with age of onset. Within clinically relevant age groups, the fraction of families with detection of the single-gene cause was as follows: onset in the first 3 months of life (69.4%), between 4 and 12 months old (49.7%), between 1 and 6 years old (25.3%), between 7 and 12 years old (17.8%), and between 13 and 18 years old (10.8%). For PLCE1, specific mutations correlated with age of onset. Notably, 1% of individuals carried mutations in genes that function within the coenzyme Q10 biosynthesis pathway, suggesting that SRNS may be treatable in these individuals. Our study results should facilitate molecular genetic diagnostics of SRNS, etiologic classification for therapeutic studies, generation of genotype-phenotype correlations, and the identification of individuals in whom a targeted treatment for SRNS may be available.

Five children from two consanguineous families presented with epilepsy beginning in infancy and severe ataxia, moderate sensorineural deafness, and a renal salt-losing tubulopathy with normotensive hypokalemic metabolic alkalosis. We investigated the genetic basis of this autosomal recessive disease, which we call the EAST syndrome (the presence of epilepsy, ataxia, sensorineural deafness, and tubulopathy).

The worldwide burden of kidney disease is rising, but public awareness remains limited, underscoring the need for more effective communication by stakeholders in the kidney health community. Despite this need for clarity, the nomenclature for describing kidney function and disease lacks uniformity. In June 2019, Kidney Disease: Improving Global Outcomes (KDIGO) convened a Consensus Conference with the goal of standardizing and refining the nomenclature used in the English language to describe kidney function and disease, and of developing a glossary that could be used in scientific publications. Guiding principles of the conference were that the revised nomenclature should be patient-centered, precise, and consistent with nomenclature used in the KDIGO guidelines. Conference attendees reached general consensus on the following recommendations: (i) to use "kidney" rather than "renal" or "nephro-" when referring to kidney disease and kidney function; (ii) to use "kidney failure" with appropriate descriptions of presence or absence of symptoms, signs, and treatment, rather than "end-stage kidney disease"; (iii) to use the KDIGO definition and classification of acute kidney diseases and disorders (AKD) and acute kidney injury (AKI), rather than alternative descriptions, to define and classify severity of AKD and AKI; (iv) to use the KDIGO definition and classification of chronic kidney disease (CKD) rather than alternative descriptions to define and classify severity of CKD; and (v) to use specific kidney measures, such as albuminuria or decreased glomerular filtration rate (GFR), rather than "abnormal" or "reduced" kidney function to describe alterations in kidney structure and function. A proposed 5-part glossary contains specific items for which there was general agreement. Conference attendees acknowledged limitations of the recommendations and glossary, but they considered standardization of scientific nomenclature to be essential for improving communication.

Idiopathic membranous nephropathy is a major cause of the nephrotic syndrome in adults, but its etiologic basis is not fully understood. We investigated the genetic basis of biopsy-proven cases of idiopathic membranous nephropathy in a white population.We performed independent genomewide association studies of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in patients with idiopathic membranous nephropathy from three populations of white ancestry (75 French, 146 Dutch, and 335 British patients). The patients were compared with racially matched control subjects; population stratification and quality controls were carried out according to standard criteria. Associations were calculated by means of a chi-square basic allele test; the threshold for significance was adjusted for multiple comparisons (with the Bonferroni method).In a joint analysis of data from the 556 patients studied (398 men), we identified significant alleles at two genomic loci associated with idiopathic membranous nephropathy. Chromosome 2q24 contains the gene encoding M-type phospholipase A(2) receptor (PLA(2)R1) (SNP rs4664308, P=8.6×10(-29)), previously shown to be the target of an autoimmune response. Chromosome 6p21 contains the gene encoding HLA complex class II HLA-DQ alpha chain 1 (HLA-DQA1) (SNP rs2187668, P=8.0×10(-93)). The association with HLA-DQA1 was significant in all three populations (P=1.8×10(-9), P=5.6×10(-27), and P=5.2×10(-36) in the French, Dutch, and British groups, respectively). The odds ratio for idiopathic membranous nephropathy with homozygosity for both risk alleles was 78.5 (95% confidence interval, 34.6 to 178.2).An HLA-DQA1 allele on chromosome 6p21 is most closely associated with idiopathic membranous nephropathy in persons of white ancestry. This allele may facilitate an autoimmune response against targets such as variants of PLA2R1. Our findings suggest a basis for understanding this disease and illuminate how adaptive immunity is regulated by HLA.

Most patients with rare diseases do not receive a molecular diagnosis and the aetiological variants and causative genes for more than half such disorders remain to be discovered1. Here we used whole-genome sequencing (WGS) in a national health system to streamline diagnosis and to discover unknown aetiological variants in the coding and non-coding regions of the genome. We generated WGS data for 13,037 participants, of whom 9,802 had a rare disease, and provided a genetic diagnosis to 1,138 of the 7,065 extensively phenotyped participants. We identified 95 Mendelian associations between genes and rare diseases, of which 11 have been discovered since 2015 and at least 79 are confirmed to be aetiological. By generating WGS data of UK Biobank participants2, we found that rare alleles can explain the presence of some individuals in the tails of a quantitative trait for red blood cells. Finally, we identified four novel non-coding variants that cause disease through the disruption of transcription of ARPC1B, GATA1, LRBA and MPL. Our study demonstrates a synergy by using WGS for diagnosis and aetiological discovery in routine healthcare. Whole-genome sequencing and phenotype data sharing are introduced in a national health system to streamline diagnosis and to discover coding and non-coding variants that cause rare diseases.

Identification of single-gene causes of steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) has furthered the understanding of the pathogenesis of this disease. Here, using a combination of homozygosity mapping and whole human exome resequencing, we identified mutations in the aarF domain containing kinase 4 (ADCK4) gene in 15 individuals with SRNS from 8 unrelated families. ADCK4 was highly similar to ADCK3, which has been shown to participate in coenzyme Q10 (CoQ10) biosynthesis. Mutations in ADCK4 resulted in reduced CoQ10 levels and reduced mitochondrial respiratory enzyme activity in cells isolated from individuals with SRNS and transformed lymphoblasts. Knockdown of adck4 in zebrafish and Drosophila recapitulated nephrotic syndrome-associated phenotypes. Furthermore, ADCK4 was expressed in glomerular podocytes and partially localized to podocyte mitochondria and foot processes in rat kidneys and cultured human podocytes. In human podocytes, ADCK4 interacted with members of the CoQ10 biosynthesis pathway, including COQ6, which has been linked with SRNS and COQ7. Knockdown of ADCK4 in podocytes resulted in decreased migration, which was reversed by CoQ10 addition. Interestingly, a patient with SRNS with a homozygous ADCK4 frameshift mutation had partial remission following CoQ10 treatment. These data indicate that individuals with SRNS with mutations in ADCK4 or other genes that participate in CoQ10 biosynthesis may be treatable with CoQ10.

Gitelman syndrome (GS) is a rare, salt-losing tubulopathy characterized by hypokalemic metabolic alkalosis with hypomagnesemia and hypocalciuria. The disease is recessively inherited, caused by inactivating mutations in the SLC12A3 gene that encodes the thiazide-sensitive sodium-chloride cotransporter (NCC). GS is usually detected during adolescence or adulthood, either fortuitously or in association with mild or nonspecific symptoms or both. The disease is characterized by high phenotypic variability and a significant reduction in the quality of life, and it may be associated with severe manifestations. GS is usually managed by a liberal salt intake together with oral magnesium and potassium supplements. A general problem in rare diseases is the lack of high quality evidence to inform diagnosis, prognosis, and management. We report here on the current state of knowledge related to the diagnostic evaluation, follow-up, management, and treatment of GS; identify knowledge gaps; and propose a research agenda to substantiate a number of issues related to GS. This expert consensus statement aims to establish an initial framework to enable clinical auditing and thus improve quality control of care.

The U.K. 100,000 Genomes Project is in the process of investigating the role of genome sequencing in patients with undiagnosed rare diseases after usual care and the alignment of this research with health care implementation in the U.K. National Health Service. Other parts of this project focus on patients with cancer and infection.

Integrin α(3) is a transmembrane integrin receptor subunit that mediates signals between the cells and their microenvironment. We identified three patients with homozygous mutations in the integrin α(3) gene that were associated with disrupted basement-membrane structures and compromised barrier functions in kidney, lung, and skin. The patients had a multiorgan disorder that included congenital nephrotic syndrome, interstitial lung disease, and epidermolysis bullosa. The renal and respiratory features predominated, and the lung involvement accounted for the lethal course of the disease. Although skin fragility was mild, it provided clues to the diagnosis.