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.

Tarpey et al. carry out a large-scale systematic sequencing of the majority of X-chromosome coding exons from 208 families with multiple individuals with mental retardation and a pattern of transmission compatible with X linkage in order to identify XLMR-causative mutations. They find several mutations that appear to be causative in loci already known to be involved in XLMR, as well as new data about those loci, and make inferences about the role of the different classes of variants in these diseases. Large-scale systematic resequencing has been proposed as the key future strategy for the discovery of rare, disease-causing sequence variants across the spectrum of human complex disease. We have sequenced the coding exons of the X chromosome in 208 families with X-linked mental retardation (XLMR), the largest direct screen for constitutional disease-causing mutations thus far reported. The screen has discovered nine genes implicated in XLMR, including SYP, ZNF711 and CASK reported here, confirming the power of this strategy. The study has, however, also highlighted issues confronting whole-genome sequencing screens, including the observation that loss of function of 1% or more of X-chromosome genes is compatible with apparently normal existence.

Evan Eichler and colleagues use single-molecule molecular-inversion probes to sequence the coding and splicing regions of 208 candidate genes in more than 11,730 individuals with neurodevelopmental disorders. They report 91 genes with an excess of de novo or private disruptive mutations, identify 25 genes showing a bias for autism versus intellectual disability, and highlight a network associated with high-functioning autism. Gene-disruptive mutations contribute to the biology of neurodevelopmental disorders (NDDs), but most of the related pathogenic genes are not known. We sequenced 208 candidate genes from >11,730 cases and >2,867 controls. We identified 91 genes, including 38 new NDD genes, with an excess of de novo mutations or private disruptive mutations in 5.7% of cases. Drosophila functional assays revealed a subset with increased involvement in NDDs. We identified 25 genes showing a bias for autism versus intellectual disability and highlighted a network associated with high-functioning autism (full-scale IQ >100). Clinical follow-up for NAA15, KMT5B, and ASH1L highlighted new syndromic and nonsyndromic forms of disease.

Recent studies have shown that mucocutaneous leishmaniasis (MCL), a severe and debilitating form of American cutaneous leishmaniasis (ACL) caused by Leishmania braziliensis infection, is accompanied by high circulating levels of tumor necrosis factor (TNF)-alpha. Analysis of TNF polymorphisms in Venezuelan ACL patients and endemic unaffected controls demonstrates a high relative risk (RR) of 7.5 (P < 0.001) of MCL disease in homozygotes for allele 2 of a polymorphism in intron 2 of the TNF-beta gene, especially in females (RR = 9.5; P < 0.001) compared with males (RR = 4; P < 0.05). A significantly higher frequency (P < 0.05) of allele 2 at the -308-basepair TNF-alpha gene polymorphism was also observed in MCL patients (0.18) compared with endemic control subjects (0.069), again associated with a high relative risk of disease (RR = 3.5; P < 0.05) even in the heterozygous condition. Because both the TNF-alpha and TNF-beta polymorphisms have previously been linked with functional differences in TNF-alpha levels, these data suggest that susceptibility to the mucocutaneous form of disease may be directly associated with regulatory polymorphisms affecting TNF-alpha production.

Epilepsy and mental retardation limited to females (EFMR) is a disorder with an X-linked mode of inheritance and an unusual expression pattern. Disorders arising from mutations on the X chromosome are typically characterized by affected males and unaffected carrier females. In contrast, EFMR spares transmitting males and affects only carrier females. Aided by systematic resequencing of 737 X chromosome genes, we identified different protocadherin 19 (PCDH19) gene mutations in seven families with EFMR. Five mutations resulted in the introduction of a premature termination codon. Study of two of these demonstrated nonsense-mediated decay of PCDH19 mRNA. The two missense mutations were predicted to affect adhesiveness of PCDH19 through impaired calcium binding. PCDH19 is expressed in developing brains of human and mouse and is the first member of the cadherin superfamily to be directly implicated in epilepsy or mental retardation.