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.

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.