The cellular mechanism of bioactivation underlying guanylate cyclase activation by organic nitrates was investigated. In cultured rat lung fibroblasts (RFL-6 cells), the inhibitor of cytochrome P-450 proadifen (0.1 mM) decreased cyclic GMP stimulation by glyceryl trinitrate (GTN, 1-100 microM) by up to 81%. Cyclic GMP stimulation by isoidide dinitrate was inhibited to a similar degree under these conditions. However, proadifen did not affect cyclic GMP stimulation by sodium nitroprusside that spontaneously releases nitric oxide. Cyclic GMP stimulation in RFL-6 cells by GTN remained unaltered in the presence of the inhibitor of glutathione S-transferase sulfobromophthalein. In the same cell type, a 24-hr pretreatment with the inducer of cytochrome P-450 3-methylcholanthrene (10 microM) augmented cyclic GMP stimulation by GTN or isoidide dinitrate by up to 102%. Cultured porcine aortic endothelial cells were found to be without a cyclic GMP response to GTN, although sodium nitroprusside produced a marked cyclic GMP elevation in these cells. The endothelial cells remained unresponsive to GTN even in the presence of N-acetylcysteine (5 mM). Moreover, in a cell-free preparation from rat liver, glutathione-dependent biotransformation of GTN was not accompanied by activation of soluble guanylate cyclase. These findings suggest that in intact cells bioactivation of, i.e., nitric oxide formation from organic nitrates is mediated by a cytochrome P-450 enzyme system rather than by glutathione S-transferase or free thiols.

Abstract Sequence-based genetic testing identifies causative variants in ~ 50% of individuals with developmental and epileptic encephalopathies (DEEs). Aberrant changes in DNA methylation are implicated in various neurodevelopmental disorders but remain unstudied in DEEs. We interrogate the diagnostic utility of genome-wide DNA methylation array analysis on peripheral blood samples from 582 individuals with genetically unsolved DEEs. We identify rare differentially methylated regions (DMRs) and explanatory episignatures to uncover causative and candidate genetic etiologies in 12 individuals. Using long-read sequencing, we identify DNA variants underlying rare DMRs, including one balanced translocation, three CG-rich repeat expansions, and four copy number variants. We also identify pathogenic variants associated with episignatures. Finally, we refine the CHD2 episignature using an 850 K methylation array and bisulfite sequencing to investigate potential insights into CHD2 pathophysiology. Our study demonstrates the diagnostic yield of genome-wide DNA methylation analysis to identify causal and candidate variants as 2% (12/582) for unsolved DEE cases.

The shift to a genotype-first approach in genetic diagnostics has revolutionized our understanding of neurodevelopmental disorders, expanding both their molecular and phenotypic spectra. Kleefstra syndrome (KLEFS1) is caused by EHMT1 haploinsufficiency and exhibits broad clinical manifestations. EHMT1 encodes euchromatic histone methyltransferase-1-a pivotal component of the epigenetic machinery. We have recruited 209 individuals with a rare EHMT1 variant and performed comprehensive molecular in silico and in vitro testing alongside DNA methylation (DNAm) signature analysis for the identified variants. We (re)classified the variants as likely pathogenic/pathogenic (molecularly confirming Kleefstra syndrome) in 191 individuals. We provide an updated and broader clinical and molecular spectrum of Kleefstra syndrome, including individuals with normal intelligence and familial occurrence. Analysis of the EHMT1 variants reveals a broad range of molecular effects and their associated phenotypes, including distinct genotype-phenotype associations. Notably, we showed that disruption of the "reader" function of the ankyrin repeat domain by a protein altering variant (PAV) results in a KLEFS1-specific DNAm signature and milder phenotype, while disruption of only "writer" methyltransferase activity of the SET domain does not result in KLEFS1 DNAm signature or typical KLEFS1 phenotype. Similarly, N-terminal truncating variants result in a mild phenotype without the DNAm signature. We demonstrate how comprehensive variant analysis can provide insights into pathogenesis of the disorder and DNAm signature. In summary, this study presents a comprehensive overview of KLEFS1 and EHMT1, revealing its broader spectrum and deepening our understanding of its molecular mechanisms, thereby informing accurate variant interpretation, counseling, and clinical management.

Epigenetic dysregulation has emerged as an important etiological mechanism of neurodevelopmental disorders (NDDs). Pathogenic variation in epigenetic regulators can impair deposition of histone post-translational modifications leading to aberrant spatiotemporal gene expression during neurodevelopment. The male-specific lethal (MSL) complex is a prominent multi-subunit epigenetic regulator of gene expression and is responsible for histone 4 lysine 16 acetylation (H4K16ac). Using exome sequencing, here we identify a cohort of 25 individuals with heterozygous de novo variants in MSL complex member MSL2. MSL2 variants were associated with NDD phenotypes including global developmental delay, intellectual disability, hypotonia, and motor issues such as coordination problems, feeding difficulties, and gait disturbance. Dysmorphisms and behavioral and/or psychiatric conditions, including autism spectrum disorder, and to a lesser extent, seizures, connective tissue disease signs, sleep disturbance, vision problems, and other organ anomalies, were observed in affected individuals. As a molecular biomarker, a sensitive and specific DNA methylation episignature has been established. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) derived from three members of our cohort exhibited reduced MSL2 levels. Remarkably, while NDD-associated variants in two other members of the MSL complex (MOF and MSL3) result in reduced H4K16ac, global H4K16ac levels are unchanged in iPSCs with MSL2 variants. Regardless, MSL2 variants altered the expression of MSL2 targets in iPSCs and upon their differentiation to early germ layers. Our study defines an MSL2-related disorder as an NDD with distinguishable clinical features, a specific blood DNA episignature, and a distinct, MSL2-specific molecular etiology compared to other MSL complex-related disorders.

Abstract Autosomal dominant CDK13 -related disease is characterized by congenital heart defects, dysmorphic facial features, and intellectual developmental disorder (CHDFIDD). Heterozygous pathogenic variants, particularly missense variants in the kinase domain, have previously been described as disease causing. Using the determination of a methylation pattern and comparison with an established episignature, we reveal the first hypomorphic variant in the kinase domain of CDK13, leading to a never before described autosomal recessive form of CHDFIDD in a boy with characteristic features. This highlights the utility of episignatures in variant interpretation, as well as a potential novel diagnostic approach in unsolved cases or for disease prognosis.

Background Individuals harbouring SMAD3 pathogenic variants are at risk for aneurysms/dissections throughout the arterial tree. Based on prior reports of sex differences in thoracic aortic aneurysm/dissection, we investigated the sexual dimorphism for vascular events in SMAD3- variant-harbouring patients. Methods We analysed two large pedigrees comprising 84 individuals segregating pathogenic missense variants affecting the same p.Arg287 residue in SMAD3 . We excluded individuals<40 years without vascular involvement, as they were too young to be classified. Individuals were subcategorised according to sex, the presence or absence and localisation (aneurysm/dissection with or without involvement of the aortic root/ascending aorta) of vascular lesions. We complemented our familial patient cohort with 178 SMAD3 patients reported in the literature between 2011 and 2023. Results In our two pedigrees, 11/30 (37%) variant-harbouring females had no vascular involvement, whereas none of the variant-harboring males (n=23) had no vascular involvement (p=0.001). While the two groups did not differ by age, males were at higher risk of vascular complications (p=0.037), there was no age difference between sexes. Of the 19 females with vascular involvement, six (32%) had vascular involvment sparing the aortic root/ascending aorta, whereas of the 23 males with vascular invovlement, only one (4%) had vascular involvement sparing the aortic root/ascending aorta (p=0.034). In the literature, we identified 116 male and 62 female additional patients. In the combined cohort of 220 patients, we demonstrated an over-representation of males (p<0.001) and non-penetrance in females for vascular pathology involving the aortic root/ascending aorta (p=0.028). Conclusions Non-penetrance is more common in women, and normal echocardiography in at-risk females is not as reassuring for risk of vasculopathy in other locations. The higher non-penetrance in women creates an ascertainment bias and results in an over-representation of male patients in the literature.

Rare genetic variants in ARID2 are responsible for a recently described neurodevelopmental condition called ARID2-related disorder (ARID2-RD). ARID2 belongs to PBAF, a unit of the SWI/SNF complex, which is a chromatin remodeling complex. This work aims to further delineate the phenotypic spectrum of ARID2-RD, providing clinicians with additional data for better care and aid in the future diagnosis of this condition. We obtained the genotypes and phenotypes of 27 previously unreported individuals with ARID2-RD and compared this series with findings in the literature. We also assessed peripheral blood DNA methylation profiles in individuals with ARID2-RD compared to episignatures of controls, unresolved cases, and other neurodevelopmental disorders. The main clinical features of ARID2-RD are developmental delay, speech disorders, intellectual disability (ID), behavior problems, short stature, and various dysmorphic and ectodermal features. Genome-wide differential methylation analysis revealed a global hypermethylated profile in ARID2-RD that could aid in reclassifying variants of uncertain significance. Our study doubles the number of reported individuals with ARID2 pathogenic variants to 53. It confirms loss-of-function as a pathomechanism and shows the absence of a clear genotype-phenotype correlation. We provide evidence for a unique DNA methylation episignature for ARID2-RD and further delineate the ARID2-associated phenotype.