Trithorax-related H3K4 methyltransferases, KMT2C and KMT2D, are critical epigenetic modifiers. Haploinsufficiency of KMT2C was only recently recognized as a cause of neurodevelopmental disorder (NDD), so the clinical and molecular spectrums of the KMT2C-related NDD (now designated as Kleefstra syndrome 2) are largely unknown. We ascertained 98 individuals with rare KMT2C variants, including 75 with protein-truncating variants (PTVs). Notably, ∼15% of KMT2C PTVs were inherited. Although the most highly expressed KMT2C transcript consists of only the last four exons, pathogenic PTVs were found in almost all the exons of this large gene. KMT2C variant interpretation can be challenging due to segmental duplications and clonal hematopoesis-induced artifacts. Using samples from 27 affected individuals, divided into discovery and validation cohorts, we generated a moderate strength disorder-specific KMT2C DNA methylation (DNAm) signature and demonstrate its utility in classifying non-truncating variants. Based on 81 individuals with pathogenic/likely pathogenic variants, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is characterized by developmental delay, intellectual disability, behavioral and psychiatric problems, hypotonia, seizures, short stature, and other comorbidities. The facial module of PhenoScore, applied to photographs of 34 affected individuals, reveals that the KMT2C-related facial gestalt is significantly different from the general NDD population. Finally, using PhenoScore and DNAm signatures, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is clinically and epigenetically distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes. Overall, we define the clinical features, molecular spectrum, and DNAm signature of the KMT2C-related NDD and demonstrate they are distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes highlighting the need to rename this condition.

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.

ABSTRACT De novo mutations (DNMs) are an important cause of genetic disorders. The accurate identification of DNMs from sequencing data is therefore fundamental to rare disease research and diagnostics. Unfortunately, identifying reliable DNMs remains a major challenge due to sequence errors, uneven coverage, and mapping artifacts. Here, we developed a deep convolutional neural network (CNN) DNM caller (DeNovoCNN), that encodes the alignment of sequence reads for a trio as 160×164 resolution images. DeNovoCNN was trained on DNMs of 5,616 whole exome sequencing (WES) trios achieving total 96.74% recall and 96.55% precision on the test dataset. We find that DeNovoCNN has increased recall/sensitivity and precision compared to existing DNM calling approaches (GATK, DeNovoGear, DeepTrio, Samtools) based on the Genome in a Bottle reference dataset and independent WES and WGS trios. Validations of DNMs based on Sanger and PacBio HiFi sequencing confirm that DeNovoCNN outperforms existing methods. Most importantly, our results suggest that DeNovoCNN is likely robust against different exome sequencing and analyses approaches, thereby allowing the application on other datasets. DeNovoCNN is freely available as a Docker container and can be run on existing alignment (BAM/CRAM) and variant calling (VCF) files from WES and WGS without a need for variant recalling.

Background Charcot–Marie–Tooth disease (CMT), a slowly advancing hereditary nerve disorder, presents a significant challenge in the medical field. Effective drugs for treatment are lacking, and we struggle to find sensitive markers to track the disease’s severity and progression. In this study, our objective was to investigate the levels of neurofilament light chain (NfL), glial fibrillary acid protein (GFAP), fibroblast growth factor 21 (FGF-21) and growth differentiation factor 15 (GDF-15) in individuals with CMT and to compare them to a control group. Our primary goal is to determine whether these biomarker levels are related to the severity of the disease. Methods Initially, 44 patients with CMT and 44 controls participated in this study. CMT diagnosis was approved by genetic testing. Disease severity was assessed through clinical evaluations using the CMT Neuropathy Score version 2 (CMTNSv2). NfL and GFAP concentrations were measured using Single molecule array, while FGF-21 and GDF-15 concentrations were measured by enzyme-linked immunosorbent assays. Results In the group of patients with CMT, the concentrations of GDF15, FGF21, NfL, and GFAP were significantly higher than in the control group ( p < 0.05). NfL and GFAP levels were correlated with the CMTNSv2 score (rs = 0.46, p = 0.002; rs = 0.31, p = 0.04). Conclusion Our study has provided confirmation that plasma concentrations of NfL, GFAP, GDF15, and FGF21 are significantly elevated in patients with CMT compared to controls. Furthermore, NfL and GFAP levels were correlated with the clinical severity of CMT. These findings suggest that NfL and GFAP can be reliable disease indicators in future research.

Abstract Background Up to 10% of atrial fibrillation (Afib) patients develop the condition in the young age and in the absence of any related risk factors. Recent publications emphasized the importance of genetic testing in this population. However, the yield of the investigation is highly variable and ranges from 1 to 24% precents. Purpose The purpose of this study is to evaluate the prevalence of causative genetic variants in young Afib patients without risk factors and evaluate any structural changes of the heart. Methods We performed whole exome sequencing in 54 young (age of Afib onset less than 65 years) Afib patients without any Afib related risk factors (original cohort). Using ACMG guidelines we performed analysis of 349 previously described cardiomyopathy and arrhythmia associated genes. If a pathogenic (P) or likely pathogenic (LP) variant was found, a cardiac magnetic resonance imaging (CMR) was performed to exclude any structural abnormalities of the heart. We also extracted 107 young Afib patients without any risk factors from UK Biobank (UK Biobank cohort) and performed analysis of the same genes in the subgroup. Results The prevalence of P and LP variants was 24% (13 cases) in the original cohort and 8% (9 cases) in the UK Biobank cohort (p=0.006). We observed variants in cardiac structural and developmental genes only in both cohorts (Table 1 and 2). In the original cohort there were nine (17%) patients with P and LP variant in TTN gene. Moreover, five patients were positive for the same TTN variant NM_001267550.2:c.13696C>T p.(Gln4566Ter). In six (46%) original cohort patients we observed structural changes of the heart on CMR – in five patients there was dilation of one or both ventricles and in one there was increased T1 mapping intensity of septal wall segments. Conclusions 1. There is a high prevalence of pathogenic and likely pathogenic causative genetic variants in young atrial fibrillation patients without any risk factors. 2. All variants are localized in cardiac structural or developmental genes only. 3. There is a high grade of structural changes of the heart observed on cardiac magnetic resonance imaging in patients with monogenic atrial fibrillation.Table 1.WES data in original cohortTable 2.WES data in UK Biobank cohort