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.

Purpose: To assess the contribution of rare variants in the genetic background towards variability of neurodevelopmental phenotypes in individuals with rare copy-number variants (CNVs) and gene-disruptive mutations. Methods: We analyzed quantitative clinical information, exome-sequencing, and microarray data from 757 probands and 233 parents and siblings who carry disease-associated mutations. Results: The number of rare secondary mutations in functionally intolerant genes (second-hits) correlated with the expressivity of neurodevelopmental phenotypes in probands with 16p12.1 deletion (n=23, p=0.004) and in probands with autism carrying gene-disruptive mutations (n=184, p=0.03) compared to their carrier family members. Probands with 16p12.1 deletion and a strong family history presented more severe clinical features (p=0.04) and higher burden of second-hits compared to those with mild/no family history (p=0.001). The number of secondary variants also correlated with the severity of cognitive impairment in probands carrying pathogenic rare CNVs (n=53) or de novo mutations in disease genes (n=290), and negatively correlated with head size among 80 probands with 16p11.2 deletion. These second-hits involved known disease-associated genes such as SETD5, AUTS2, and NRXN1, and were enriched for genes affecting cellular and developmental processes. Conclusion: Accurate genetic diagnosis of complex disorders will require complete evaluation of the genetic background even after a candidate gene mutation is identified.

De novo germline mutations in the RNA helicase DDX3X account for 1-3% of unexplained intellectual disability (ID) cases in females, and are associated with autism, brain malformations, and epilepsy. Yet, the developmental and molecular mechanisms by which DDX3X mutations impair brain function are unknown. Here we use human and mouse genetics, and cell biological and biochemical approaches to elucidate mechanisms by which pathogenic DDX3X variants disrupt brain development. We report the largest clinical cohort to date with DDX3X mutations (n=78), demonstrating a striking correlation between recurrent dominant missense mutations, polymicrogyria, and the most severe clinical outcomes. We show that Ddx3x controls cortical development by regulating neuronal generation and migration. Severe DDX3X missense mutations profoundly disrupt RNA helicase activity and induce ectopic RNA-protein granules and aberrant translation in neural progenitors and neurons. Together, our study demonstrates novel mechanisms underlying DDX3X syndrome, and highlights roles for RNA-protein aggregates in the pathogenesis of neurodevelopmental disease.