Summary Purpose: Epilepsies have a highly heterogeneous background with a strong genetic contribution. The variety of unspecific and overlapping syndromic and nonsyndromic phenotypes often hampers a clear clinical diagnosis and prevents straightforward genetic testing. Knowing the genetic basis of a patient’s epilepsy can be valuable not only for diagnosis but also for guiding treatment and estimating recurrence risks. Methods: To overcome these diagnostic restrictions, we composed a panel of genes for Next Generation Sequencing containing the most relevant epilepsy genes and covering the most relevant epilepsy phenotypes known so far. With this method, 265 genes were analyzed per patient in a single step. We evaluated this panel on a pilot cohort of 33 index patients with concise epilepsy phenotypes or with a severe but unspecific seizure disorder covering both sporadic and familial cases. Key Findings: We identified presumed disease‐causing mutations in 16 of 33 patients comprising sequence alterations in frequently as well as in less commonly affected genes. The detected aberrations encompassed known and unknown point mutations ( SCN1A p.R222X, p. E289V, p.379R, p.R393H; SCN2A p.V208E; STXBP1 p.R122X; KCNJ10 p.L68P, p.I129V; KCTD7 p.L108M; KCNQ3 p.P574S; ARHGEF9 p.R290H; SMS p.F58L; TPP1 p.Q278R, p.Q422H; MFSD8 p.T294K), a putative splice site mutation ( SCN1A c.693A> p.T/P231P) and small deletions ( SCN1A p.F1330L fs 3X [1 bp]; MFSD8 p.A138D fs 10X [7 bp]). All mutations have been confirmed by conventional Sanger sequencing and, where possible, validated by parental testing and segregation analysis. In three patients with either Dravet syndrome or myoclonic epilepsy, we detected SCN1A mutations (p.R222X, p.P231P, p.R393H), even though other laboratories had previously excluded aberrations of this gene by Sanger sequencing or high‐resolution melting analysis. Significance: We have developed a fast and cost‐efficient diagnostic screening method to analyze the genetic basis of epilepsies. We were able to detect mutations in patients with clear and with unspecific epilepsy phenotypes, to uncover the genetic basis of many so far unresolved cases with epilepsy including mutation detection in cases in which previous conventional methods yielded falsely negative results. Our approach thus proved to be a powerful diagnostic tool that may contribute to collecting information on both common and unknown epileptic disorders and in delineating associated phenotypes of less frequently mutated genes.

Background

 We aimed for a comprehensive delineation of genetic, functional and phenotypic aspects of GRIN2B encephalopathy and explored potential prospects of personalised medicine. 

Methods

 Data of 48 individuals with de novo GRIN2B variants were collected from several diagnostic and research cohorts, as well as from 43 patients from the literature. Functional consequences and response to memantine treatment were investigated in vitro and eventually translated into patient care. 

Results

 Overall, de novo variants in 86 patients were classified as pathogenic/likely pathogenic. Patients presented with neurodevelopmental disorders and a spectrum of hypotonia, movement disorder, cortical visual impairment, cerebral volume loss and epilepsy. Six patients presented with a consistent malformation of cortical development (MCD) intermediate between tubulinopathies and polymicrogyria. Missense variants cluster in transmembrane segments and ligand-binding sites. Functional consequences of variants were diverse, revealing various potential gain-of-function and loss-of-function mechanisms and a retained sensitivity to the use-dependent blocker memantine. However, an objectifiable beneficial treatment response in the respective patients still remains to be demonstrated. 

Conclusions

 In addition to previously known features of intellectual disability, epilepsy and autism, we found evidence that GRIN2B encephalopathy is also frequently associated with movement disorder, cortical visual impairment and MCD revealing novel phenotypic consequences of channelopathies.

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.

Ceroid lipofuscinosis type 2 (CLN2) is caused by biallelic pathogenic variants in the TPP1 gene, encoding lysosomal tripeptidyl peptidase 1 (TPP1). The classical late-infantile phenotype has an age of onset between 2 and 4 years and is characterized by psychomotor regression, myoclonus, ataxia, blindness, and shortened life expectancy. Vision loss occurs due to retinal degeneration, usually when severe neurological symptoms are already evident. Intracerebroventricular enzyme replacement therapy (ICV-ERT) using recombinant human TPP1 (rhTPP1) was shown to slow the neurological decline, however, it does not prevent loss of vision. Intravitreal rhTPP-1 (IVT-ERT) was described to halt retinal degeneration in a canine CLN2 model and a compassionate-use study in humans. We report on the clinical and ophthalmological outcome in an early-treated patient homozygous for a pathogenic variant in TPP1 known to be associated with severe CLN2 retinopathy. He was started on ICV-ERT at the age of 40 months and 4-weekly IVT-ERT into one eye at the age of 60 months. The other eye served as untreated control. Baseline best corrected visual acuity (BCVA) was 0.5 with mild bull´s eye maculopathy evident in both eyes. After 24 months of IVT-ERT, BCVA in the treated eye was 0.2 with bull’s eye maculopathy sparing outer retinal layers, whereas the untreated eye had progressed to endstage retinopathy and BCVA <0.02. No intraocular side effects occurred. Our results provide further evidence that IVT-ERT appears to be safe and markedly delays retinal degeneration preserving visual function and increasing the patient’s quality of life, especially if started early.