Background The genetic cause of intellectual disability in most patients is unclear because of the absence of morphological clues, information about the position of such genes, and suitable screening methods. Our aim was to identify de-novo variants in individuals with sporadic non-syndromic intellectual disability. Methods In this study, we enrolled children with intellectual disability and their parents from ten centres in Germany and Switzerland. We compared exome sequences between patients and their parents to identify de-novo variants. 20 children and their parents from the KORA Augsburg Diabetes Family Study were investigated as controls. Findings We enrolled 51 participants from the German Mental Retardation Network. 45 (88%) participants in the case group and 14 (70%) in the control group had de-novo variants. We identified 87 de-novo variants in the case group, with an exomic mutation rate of 1·71 per individual per generation. In the control group we identified 24 de-novo variants, which is 1·2 events per individual per generation. More participants in the case group had loss-of-function variants than in the control group (20/51 vs 2/20; p=0·022), suggesting their contribution to disease development. 16 patients carried de-novo variants in known intellectual disability genes with three recurrently mutated genes (STXBP1, SYNGAP1, and SCN2A). We deemed at least six loss-of-function mutations in six novel genes to be disease causing. We also identified several missense alterations with potential pathogenicity. Interpretation After exclusion of copy-number variants, de-novo point mutations and small indels are associated with severe, sporadic non-syndromic intellectual disability, accounting for 45–55% of patients with high locus heterogeneity. Autosomal recessive inheritance seems to contribute little in the outbred population investigated. The large number of de-novo variants in known intellectual disability genes is only partially attributable to known non-specific phenotypes. Several patients did not meet the expected syndromic manifestation, suggesting a strong bias in present clinical syndrome descriptions. Funding German Ministry of Education and Research, European Commission 7th Framework Program, and Swiss National Science Foundation.

In families with nonsyndromic X-linked mental retardation (NS-XLMR), >30% of mutations seem to cluster on proximal Xp and in the pericentric region. In a systematic screen of brain-expressed genes from this region in 210 families with XLMR, we identified seven different mutations in JARID1C, including one frameshift mutation and two nonsense mutations that introduce premature stop codons, as well as four missense mutations that alter evolutionarily conserved amino acids. In two of these families, expression studies revealed the almost complete absence of the mutated JARID1C transcript, suggesting that the phenotype in these families results from functional loss of the JARID1C protein. JARID1C (Jumonji AT-rich interactive domain 1C), formerly known as “SMCX,” is highly similar to the Y-chromosomal gene JARID1D/SMCY, which encodes the H-Y antigen. The JARID1C protein belongs to the highly conserved ARID protein family. It contains several DNA-binding motifs that link it to transcriptional regulation and chromatin remodeling, processes that are defective in various other forms of mental retardation. Our results suggest that JARID1C mutations are a relatively common cause of XLMR and that this gene might play an important role in human brain function. In families with nonsyndromic X-linked mental retardation (NS-XLMR), >30% of mutations seem to cluster on proximal Xp and in the pericentric region. In a systematic screen of brain-expressed genes from this region in 210 families with XLMR, we identified seven different mutations in JARID1C, including one frameshift mutation and two nonsense mutations that introduce premature stop codons, as well as four missense mutations that alter evolutionarily conserved amino acids. In two of these families, expression studies revealed the almost complete absence of the mutated JARID1C transcript, suggesting that the phenotype in these families results from functional loss of the JARID1C protein. JARID1C (Jumonji AT-rich interactive domain 1C), formerly known as “SMCX,” is highly similar to the Y-chromosomal gene JARID1D/SMCY, which encodes the H-Y antigen. The JARID1C protein belongs to the highly conserved ARID protein family. It contains several DNA-binding motifs that link it to transcriptional regulation and chromatin remodeling, processes that are defective in various other forms of mental retardation. Our results suggest that JARID1C mutations are a relatively common cause of XLMR and that this gene might play an important role in human brain function.

X-linked intellectual disability (XLID) is a clinically and genetically heterogeneous disorder. During the past two decades in excess of 100 X-chromosome ID genes have been identified. Yet, a large number of families mapping to the X-chromosome remained unresolved suggesting that more XLID genes or loci are yet to be identified. Here, we have investigated 405 unresolved families with XLID. We employed massively parallel sequencing of all X-chromosome exons in the index males. The majority of these males were previously tested negative for copy number variations and for mutations in a subset of known XLID genes by Sanger sequencing. In total, 745 X-chromosomal genes were screened. After stringent filtering, a total of 1297 non-recurrent exonic variants remained for prioritization. Co-segregation analysis of potential clinically relevant changes revealed that 80 families (20%) carried pathogenic variants in established XLID genes. In 19 families, we detected likely causative protein truncating and missense variants in 7 novel and validated XLID genes (CLCN4, CNKSR2, FRMPD4, KLHL15, LAS1L, RLIM and USP27X) and potentially deleterious variants in 2 novel candidate XLID genes (CDK16 and TAF1). We show that the CLCN4 and CNKSR2 variants impair protein functions as indicated by electrophysiological studies and altered differentiation of cultured primary neurons from Clcn4−/− mice or after mRNA knock-down. The newly identified and candidate XLID proteins belong to pathways and networks with established roles in cognitive function and intellectual disability in particular. We suggest that systematic sequencing of all X-chromosomal genes in a cohort of patients with genetic evidence for X-chromosome locus involvement may resolve up to 58% of Fragile X-negative cases.