Background

 We sought to investigate the diagnostic yield and mutation spectrum in previously reported genes for early-onset epilepsy and disorders of severe developmental delay. 

Methods

 In 400 patients with these disorders with no known underlying aetiology and no major structural brain anomaly, we analysed 46 genes using a combination of targeted sequencing on an Illumina MiSeq platform and targeted, exon-level microarray copy number analysis. 

Results

 We identified causative mutations in 71/400 patients (18%). The diagnostic rate was highest among those with seizure onset within the first two months of life (39%), although overall it was similar in those with and without seizures. The most frequently mutated gene was SCN2A (11 patients, 3%). Other recurrently mutated genes included CDKL5, KCNQ2, SCN8A (six patients each), FOXG1, MECP2, SCN1A, STXBP1 (five patients each), KCNT1, PCDH19, TCF4 (three patients each) and ATP1A3, PRRT2 and SLC9A6 (two patients each). Mutations in EHMT1, GABRB3, LGI1, MBD5, PIGA, UBE3A and ZEB2 were each found in single patients. We found mutations in a number of genes in patients where either the electroclinical features or dysmorphic phenotypes were atypical for the identified gene. In only 11 cases (15%) had the clinician sufficient certainty to specify the mutated gene as the likely cause before testing. 

Conclusions

 Our data demonstrate the considerable utility of a gene panel approach in the diagnosis of patients with early-onset epilepsy and severe developmental delay disorders., They provide further insights into the phenotypic spectrum and genotype–phenotype correlations for a number of the causative genes and emphasise the value of exon-level copy number testing in their analysis.

Cys-loop receptors are vital for controlling neuronal excitability in the brain and their dysfunction results in numerous neurological disorders. Recently, six de novo missense variants in GABRA2 gene, a member of this family, have been associated with early infantile epileptic encephalopathy (EIEE) and intellectual disability with seizures. Here, using whole-genome sequencing we identified a de novo missense variant in GABRA2 gene in a patient with EIEE and developmental delay. We perform protein structural analysis of the seven variants and show that all the mutations are in the transmembrane domain, either close to the desensitization gate, the activation gate or in inter-subunit interfaces. Further investigations demonstrated that the majority of pathogenic variants reported are at equivalent positions in other Cys-loop receptors, emphasizing the importance of these residues for the adequate function of the receptor. Also, a comparison of the distribution of the mutations in all the Cys-loop receptors showed that pathogenic variants are more common in the transmembrane helices, more specifically in the M2 helix, highlighting the importance of this segment. Our study expands the clinical spectrum of individuals with pathogenic missense mutations in GABRA2 , defines the regions where pathogenic mutations are in the protein structure, and highlights the value of considering sequence, evolutionary, and structural information from other Cys-loop receptors as a strategy for variant interpretation of novel missense mutations in GABRA2 .