Abstract The standard of care for first-tier clinical investigation of the aetiology of congenital malformations and neurodevelopmental disorders is chromosome microarray analysis (CMA) for copy-number variations (CNVs), often followed by gene(s)-specific sequencing searching for smaller insertion–deletions (indels) and single-nucleotide variant (SNV) mutations. Whole-genome sequencing (WGS) has the potential to capture all classes of genetic variation in one experiment; however, the diagnostic yield for mutation detection of WGS compared to CMA, and other tests, needs to be established. In a prospective study we utilised WGS and comprehensive medical annotation to assess 100 patients referred to a paediatric genetics service and compared the diagnostic yield versus standard genetic testing. WGS identified genetic variants meeting clinical diagnostic criteria in 34% of cases, representing a fourfold increase in diagnostic rate over CMA (8% ; P value=1.42E−05) alone and more than twofold increase in CMA plus targeted gene sequencing (13%; P value=0.0009). WGS identified all rare clinically significant CNVs that were detected by CMA. In 26 patients, WGS revealed indel and missense mutations presenting in a dominant (63%) or a recessive (37%) manner. We found four subjects with mutations in at least two genes associated with distinct genetic disorders, including two cases harbouring a pathogenic CNV and SNV. When considering medically actionable secondary findings in addition to primary WGS findings, 38% of patients would benefit from genetic counselling. Clinical implementation of WGS as a primary test will provide a higher diagnostic yield than conventional genetic testing and potentially reduce the time required to reach a genetic diagnosis.

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.