Abstract Intellectual disability (ID) is a clinically and genetically heterogeneous disorder, affecting 1–3% of the general population. Although research into the genetic causes of ID has recently gained momentum, identification of pathogenic mutations that cause autosomal recessive ID (ARID) has lagged behind, predominantly due to non-availability of sizeable families. Here we present the results of exome sequencing in 121 large consanguineous Pakistani ID families. In 60 families, we identified homozygous or compound heterozygous DNA variants in a single gene, 30 affecting reported ID genes and 30 affecting novel candidate ID genes. Potential pathogenicity of these alleles was supported by co-segregation with the phenotype, low frequency in control populations and the application of stringent bioinformatics analyses. In another eight families segregation of multiple pathogenic variants was observed, affecting 19 genes that were either known or are novel candidates for ID. Transcriptome profiles of normal human brain tissues showed that the novel candidate ID genes formed a network significantly enriched for transcriptional co-expression ( P< 0.0001) in the frontal cortex during fetal development and in the temporal–parietal and sub-cortex during infancy through adulthood. In addition, proteins encoded by 12 novel ID genes directly interact with previously reported ID proteins in six known pathways essential for cognitive function ( P< 0.0001). These results suggest that disruptions of temporal parietal and sub-cortical neurogenesis during infancy are critical to the pathophysiology of ID. These findings further expand the existing repertoire of genes involved in ARID, and provide new insights into the molecular mechanisms and the transcriptome map of ID.

To elucidate the novel molecular cause in two unrelated consanguineous families with autosomal recessive intellectual disability.A combination of homozygosity mapping and exome sequencing was used to locate the plausible genetic defect in family F162, while only exome sequencing was followed in the family PKMR65. The protein 3D structure was visualized with the University of California-San Francisco Chimera software.All five patients from both families presented with severe intellectual disability, aggressive behavior, and speech and motor delay. Four of the five patients had microcephaly. We identified homozygous missense variants in LINGO1, p.(Arg290His) in family F162 and p.(Tyr288Cys) in family PKMR65. Both variants were predicted to be pathogenic, and segregated with the phenotype in the respective families. Molecular modeling of LINGO1 suggests that both variants interfere with the glycosylation of the protein.LINGO1 is a transmembrane receptor, predominantly found in the central nervous system. Published loss-of-function studies in mouse and zebrafish have established a crucial role of LINGO1 in normal neuronal development and central nervous system myelination by negatively regulating oligodendrocyte differentiation and neuronal survival. Taken together, our results indicate that biallelic LINGO1 missense variants cause autosomal recessive intellectual disability in humans.

Abstract

Purpose

 To elucidate the novel molecular cause in families with a new autosomal recessive neurodevelopmental disorder. 

Methods

 A combination of exome sequencing and gene matching tools was used to identify pathogenic variants in 17 individuals. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-qPCR) and subcellular localization studies were used to characterize gene expression profile and localization. 

Results

 Biallelic variants in the TMEM222 gene were identified in 17 individuals from nine unrelated families, presenting with intellectual disability and variable other features, such as aggressive behavior, shy character, body tremors, decreased muscle mass in the lower extremities, and mild hypotonia. We found relatively high TMEM222 expression levels in the human brain, especially in the parietal and occipital cortex. Additionally, subcellular localization analysis in human neurons derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs) revealed that TMEM222 localizes to early endosomes in the synapses of mature iPSC-derived neurons. 

Conclusion

 Our findings support a role for TMEM222 in brain development and function and adds variants in the gene TMEM222 as a novel underlying cause of an autosomal recessive neurodevelopmental disorder.

This Article was originally published under a CC BY-NC-SA 4.0 license, but has now been made available under a CC BY 4.0 license. The PDF and HTML versions of the Article have been modified accordingly.

Purpose Biallelic mutations in G-Protein coupled receptor kinase 1 (GRK1) cause Oguchi disease, a rare subtype of congenital stationary night blindness (CSNB). The purpose of this study was to identify pathogenic GRK1 variants and use in-depth bioinformatic analyses to evaluate how their impact on protein structure could lead to pathogenicity.Methods Patients’ genomic DNA was sequenced by whole genome, whole exome or focused exome sequencing. Pathogenic variants, published and novel, were compared to nondisease associated missense variants. The impact of GRK1 missense variants at the protein level were then predicted using a series of computational tools.Results We identified eleven previously unpublished cases with biallelic pathogenic GRK1 variants, including seven novel variants, and reviewed all GRK1 pathogenic variants. Further structure-based scoring revealed a hotspot for missense variants in the kinase domain. Additionally, to aid future clinical interpretation, we identified the bioinformatics tools best able to differentiate pathogenic from non-pathogenic variants.Conclusion We identified new GRK1 pathogenic variants in Oguchi disease patients and investigated how disease-causing variants may impede protein function, giving new insights into the mechanisms of pathogenicity. All pathogenic GRK1 variants described to date have been collated into a Leiden Open Variation Database ( ).