Evan Eichler and colleagues analyze copy number variation in 15,767 children with intellectual disability, developmental delay, congenital birth defects and/or other related phenotypes. They identify 59 likely pathogenic CNV regions, including 14 new candidate regions, and estimate that ~14% of disorders in this sample collection are caused by large CNVs. To understand the genetic heterogeneity underlying developmental delay, we compared copy number variants (CNVs) in 15,767 children with intellectual disability and various congenital defects (cases) to CNVs in 8,329 unaffected adult controls. We estimate that ∼14.2% of disease in these children is caused by CNVs >400 kb. We observed a greater enrichment of CNVs in individuals with craniofacial anomalies and cardiovascular defects compared to those with epilepsy or autism. We identified 59 pathogenic CNVs, including 14 new or previously weakly supported candidates, refined the critical interval for several genomic disorders, such as the 17q21.31 microdeletion syndrome, and identified 940 candidate dosage-sensitive genes. We also developed methods to opportunistically discover small, disruptive CNVs within the large and growing diagnostic array datasets. This evolving CNV morbidity map, combined with exome and genome sequencing, will be critical for deciphering the genetic basis of developmental delay, intellectual disability and autism spectrum disorders.

Lymphedema-distichiasis (LD) is an autosomal dominant disorder that classically presents as lymphedema of the limbs, with variable age at onset, and double rows of eyelashes (distichiasis). Other complications may include cardiac defects, cleft palate, extradural cysts, and photophobia, suggesting a defect in a gene with pleiotrophic effects acting during development. We previously reported neonatal lymphedema, similar to that in Turner syndrome, associated with a t(Y;16)(q12;q24.3) translocation. A candidate gene was not found on the Y chromosome, and we directed our efforts toward the chromosome 16 breakpoint. Subsequently, a gene for LD was mapped, by linkage studies, to a 16-cM region at 16q24.3. By FISH, we determined that the translocation breakpoint was within this critical region and further narrowed the breakpoint to a 20-kb interval. Because the translocation did not appear to interrupt a gene, we considered candidate genes in the immediate region that might be inactivated by position effect. In two additional unrelated families with LD, we identified inactivating mutations—a nonsense mutation and a frameshift mutation—in the FOXC2 (MFH-1) gene. FOXC2 is a member of the forkhead/winged-helix family of transcription factors, whose members are involved in diverse developmental pathways. FOXC2 knockout mice display cardiovascular, craniofacial, and vertebral abnormalities similar to those seen in LD syndrome. Our findings show that FOXC2 haploinsufficiency results in LD. FOXC2 represents the second known gene to result in hereditary lymphedema, and LD is only the second hereditary disorder known to be caused by a mutation in a forkhead-family gene. Lymphedema-distichiasis (LD) is an autosomal dominant disorder that classically presents as lymphedema of the limbs, with variable age at onset, and double rows of eyelashes (distichiasis). Other complications may include cardiac defects, cleft palate, extradural cysts, and photophobia, suggesting a defect in a gene with pleiotrophic effects acting during development. We previously reported neonatal lymphedema, similar to that in Turner syndrome, associated with a t(Y;16)(q12;q24.3) translocation. A candidate gene was not found on the Y chromosome, and we directed our efforts toward the chromosome 16 breakpoint. Subsequently, a gene for LD was mapped, by linkage studies, to a 16-cM region at 16q24.3. By FISH, we determined that the translocation breakpoint was within this critical region and further narrowed the breakpoint to a 20-kb interval. Because the translocation did not appear to interrupt a gene, we considered candidate genes in the immediate region that might be inactivated by position effect. In two additional unrelated families with LD, we identified inactivating mutations—a nonsense mutation and a frameshift mutation—in the FOXC2 (MFH-1) gene. FOXC2 is a member of the forkhead/winged-helix family of transcription factors, whose members are involved in diverse developmental pathways. FOXC2 knockout mice display cardiovascular, craniofacial, and vertebral abnormalities similar to those seen in LD syndrome. Our findings show that FOXC2 haploinsufficiency results in LD. FOXC2 represents the second known gene to result in hereditary lymphedema, and LD is only the second hereditary disorder known to be caused by a mutation in a forkhead-family gene.

We report the identification of a recurrent, 520-kb 16p12.1 microdeletion associated with childhood developmental delay. The microdeletion was detected in 20 of 11,873 cases compared with 2 of 8,540 controls (P = 0.0009, OR = 7.2) and replicated in a second series of 22 of 9,254 cases compared with 6 of 6,299 controls (P = 0.028, OR = 2.5). Most deletions were inherited, with carrier parents likely to manifest neuropsychiatric phenotypes compared to non-carrier parents (P = 0.037, OR = 6). Probands were more likely to carry an additional large copy-number variant when compared to matched controls (10 of 42 cases, P = 5.7 x 10(-5), OR = 6.6). The clinical features of individuals with two mutations were distinct from and/or more severe than those of individuals carrying only the co-occurring mutation. Our data support a two-hit model in which the 16p12.1 microdeletion both predisposes to neuropsychiatric phenotypes as a single event and exacerbates neurodevelopmental phenotypes in association with other large deletions or duplications. Analysis of other microdeletions with variable expressivity indicates that this two-hit model might be more generally applicable to neuropsychiatric disease.