The Human Phenotype Ontology (HPO) project, available at http://www.human-phenotype-ontology.org, provides a structured, comprehensive and well-defined set of 10,088 classes (terms) describing human phenotypic abnormalities and 13,326 subclass relations between the HPO classes. In addition we have developed logical definitions for 46% of all HPO classes using terms from ontologies for anatomy, cell types, function, embryology, pathology and other domains. This allows interoperability with several resources, especially those containing phenotype information on model organisms such as mouse and zebrafish. Here we describe the updated HPO database, which provides annotations of 7,278 human hereditary syndromes listed in OMIM, Orphanet and DECIPHER to classes of the HPO. Various meta-attributes such as frequency, references and negations are associated with each annotation. Several large-scale projects worldwide utilize the HPO for describing phenotype information in their datasets. We have therefore generated equivalence mappings to other phenotype vocabularies such as LDDB, Orphanet, MedDRA, UMLS and phenoDB, allowing integration of existing datasets and interoperability with multiple biomedical resources. We have created various ways to access the HPO database content using flat files, a MySQL database, and Web-based tools. All data and documentation on the HPO project can be found online.

Duplications and deletions in the human genome can cause disease or predispose persons to disease. Advances in technologies to detect these changes allow for the routine identification of submicroscopic imbalances in large numbers of patients.

Copy number variants (CNVs) are associated with many neurocognitive disorders; however, these events are typically large, and the underlying causative genes are unclear. We created an expanded CNV morbidity map from 29,085 children with developmental delay in comparison to 19,584 healthy controls, identifying 70 significant CNVs. We resequenced 26 candidate genes in 4,716 additional cases with developmental delay or autism and 2,193 controls. An integrated analysis of CNV and single-nucleotide variant (SNV) data pinpointed 10 genes enriched for putative loss of function. Follow-up of a subset of affected individuals identified new clinical subtypes of pediatric disease and the genes responsible for disease-associated CNVs. These genetic changes include haploinsufficiency of SETBP1 associated with intellectual disability and loss of expressive language and truncations of ZMYND11 in individuals with autism, aggression and complex neuropsychiatric features. This combined CNV and SNV approach facilitates the rapid discovery of new syndromes and genes involved in neuropsychiatric disease despite extensive genetic heterogeneity.

Mental retardation (MR) occurs in 2%–3% of the general population. Conventional karyotyping has a resolution of 5–10 million bases and detects chromosomal alterations in ∼5% of individuals with unexplained MR. The frequency of smaller submicroscopic chromosomal alterations in these patients is unknown. Novel molecular karyotyping methods, such as array-based comparative genomic hybridization (array CGH), can detect submicroscopic chromosome alterations at a resolution of 100 kb. In this study, 100 patients with unexplained MR were analyzed using array CGH for DNA copy-number changes by use of a novel tiling-resolution genomewide microarray containing 32,447 bacterial artificial clones. Alterations were validated by fluorescence in situ hybridization and/or multiplex ligation-dependent probe amplification, and parents were tested to determine de novo occurrence. Reproducible DNA copy-number changes were present in 97% of patients. The majority of these alterations were inherited from phenotypically normal parents, which reflects normal large-scale copy-number variation. In 10% of the patients, de novo alterations considered to be clinically relevant were found: seven deletions and three duplications. These alterations varied in size from 540 kb to 12 Mb and were scattered throughout the genome. Our results indicate that the diagnostic yield of this approach in the general population of patients with MR is at least twice as high as that of standard GTG-banded karyotyping. Mental retardation (MR) occurs in 2%–3% of the general population. Conventional karyotyping has a resolution of 5–10 million bases and detects chromosomal alterations in ∼5% of individuals with unexplained MR. The frequency of smaller submicroscopic chromosomal alterations in these patients is unknown. Novel molecular karyotyping methods, such as array-based comparative genomic hybridization (array CGH), can detect submicroscopic chromosome alterations at a resolution of 100 kb. In this study, 100 patients with unexplained MR were analyzed using array CGH for DNA copy-number changes by use of a novel tiling-resolution genomewide microarray containing 32,447 bacterial artificial clones. Alterations were validated by fluorescence in situ hybridization and/or multiplex ligation-dependent probe amplification, and parents were tested to determine de novo occurrence. Reproducible DNA copy-number changes were present in 97% of patients. The majority of these alterations were inherited from phenotypically normal parents, which reflects normal large-scale copy-number variation. In 10% of the patients, de novo alterations considered to be clinically relevant were found: seven deletions and three duplications. These alterations varied in size from 540 kb to 12 Mb and were scattered throughout the genome. Our results indicate that the diagnostic yield of this approach in the general population of patients with MR is at least twice as high as that of standard GTG-banded karyotyping.

Underweight and obese phenotypes can both pose health risks. But whereas obesity has been associated with a number of genetic variants, little is known about the genetic basis of underweight. A large-scale screen of data from 28 cytogenetic centres in Europe and North America now shows that being underweight is frequently associated with duplication of a short region on chromosome 16. Deletion of this same chromosomal region has previously been associated with obesity. The observed associated phenotypes are opposites, or mirrors, of those reported in carriers of deletions at this locus, and correlate with changes in transcript levels for genes within the duplication but not within the adjacent regions. The suggestion is that severe obesity and being underweight could have mirror etiologies, possibly through contrasting effects on energy balance. Both obesity and being underweight have been associated with increased mortality1,2. Underweight, defined as a body mass index (BMI) ≤ 18.5 kg per m2 in adults and ≤ −2 standard deviations from the mean in children, is the main sign of a series of heterogeneous clinical conditions including failure to thrive3,4,5, feeding and eating disorder and/or anorexia nervosa6,7. In contrast to obesity, few genetic variants underlying these clinical conditions have been reported8,9. We previously showed that hemizygosity of a ∼600-kilobase (kb) region on the short arm of chromosome 16 causes a highly penetrant form of obesity that is often associated with hyperphagia and intellectual disabilities10. Here we show that the corresponding reciprocal duplication is associated with being underweight. We identified 138 duplication carriers (including 132 novel cases and 108 unrelated carriers) from individuals clinically referred for developmental or intellectual disabilities (DD/ID) or psychiatric disorders, or recruited from population-based cohorts. These carriers show significantly reduced postnatal weight and BMI. Half of the boys younger than five years are underweight with a probable diagnosis of failure to thrive, whereas adult duplication carriers have an 8.3-fold increased risk of being clinically underweight. We observe a trend towards increased severity in males, as well as a depletion of male carriers among non-medically ascertained cases. These features are associated with an unusually high frequency of selective and restrictive eating behaviours and a significant reduction in head circumference. Each of the observed phenotypes is the converse of one reported in carriers of deletions at this locus. The phenotypes correlate with changes in transcript levels for genes mapping within the duplication but not in flanking regions. The reciprocal impact of these 16p11.2 copy-number variants indicates that severe obesity and being underweight could have mirror aetiologies, possibly through contrasting effects on energy balance.

Background:

 Recurrent 15q13.3 microdeletions were recently identified with identical proximal (BP4) and distal (BP5) breakpoints and associated with mild to moderate mental retardation and epilepsy. 

Methods:

 To assess further the clinical implications of this novel 15q13.3 microdeletion syndrome, 18 new probands with a deletion were molecularly and clinically characterised. In addition, we evaluated the characteristics of a family with a more proximal deletion between BP3 and BP4. Finally, four patients with a duplication in the BP3–BP4–BP5 region were included in this study to ascertain the clinical significance of duplications in this region. 

Results:

 The 15q13.3 microdeletion in our series was associated with a highly variable intra- and inter-familial phenotype. At least 11 of the 18 deletions identified were inherited. Moreover, 7 of 10 siblings from four different families also had this deletion: one had a mild developmental delay, four had only learning problems during childhood, but functioned well in daily life as adults, whereas the other two had no learning problems at all. In contrast to previous findings, seizures were not a common feature in our series (only 2 of 17 living probands). Three patients with deletions had cardiac defects and deletion of the KLF13 gene, located in the critical region, may contribute to these abnormalities. The limited data from the single family with the more proximal BP3–BP4 deletion suggest this deletion may have little clinical significance. Patients with duplications of the BP3–BP4–BP5 region did not share a recognisable phenotype, but psychiatric disease was noted in 2 of 4 patients. 

Conclusions:

 Overall, our findings broaden the phenotypic spectrum associated with 15q13.3 deletions and suggest that, in some individuals, deletion of 15q13.3 is not sufficient to cause disease. The existence of microdeletion syndromes, associated with an unpredictable and variable phenotypic outcome, will pose the clinician with diagnostic difficulties and challenge the commonly used paradigm in the diagnostic setting that aberrations inherited from a phenotypically normal parent are usually without clinical consequences.

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.