Mutations in the gene encoding for the Na⁺-glucose co-transporter SGLT2 (SLC5A2) associate with familial renal glucosuria, but the role of SGLT2 in the kidney is incompletely understood. Here, we determined the localization of SGLT2 in the mouse kidney and generated and characterized SGLT2-deficient mice. In wild-type (WT) mice, immunohistochemistry localized SGLT2 to the brush border membrane of the early proximal tubule. Sglt2^−/− mice had glucosuria, polyuria, and increased food and fluid intake without differences in plasma glucose concentrations, GFR, or urinary excretion of other proximal tubular substrates (including amino acids) compared with WT mice. SGLT2 deficiency did not associate with volume depletion, suggested by similar body weight, BP, and hematocrit; however, plasma renin concentrations were modestly higher and plasma aldosterone levels were lower in Sglt2^−/− mice. Whole-kidney clearance studies showed that fractional glucose reabsorption was significantly lower in Sglt2^−/− mice compared with WT mice and varied in Sglt2^−/− mice between 10 and 60%, inversely with the amount of filtered glucose. Free-flow micropuncture revealed that for early proximal collections, 78 ± 6% of the filtered glucose was reabsorbed in WT mice compared with no reabsorption in Sglt2^−/− mice. For late proximal collections, fractional glucose reabsorption was 93 ± 1% in WT and 21 ± 6% in Sglt2^−/− mice, respectively. These results demonstrate that SGLT2 mediates glucose reabsorption in the early proximal tubule and most of the glucose reabsorption by the kidney, overall. This mouse model mimics and explains the glucosuric phenotype of individuals carrying SLC5A2 mutations.

Neurodegenerative Genetics The underlying genetics of neurodegenerative disorders tend not to be well understood. Novarino et al. (p. 506 ; see the Perspective by Singleton ) investigated the underlying genetics of hereditary spastic paraplegia (HSP), a human neurodegenerative disease, by sequencing the exomes of individuals with recessive neurological disorders. Loss-of-function gene mutations in both novel genes and genes previously implicated for this condition were identified, and several were functionally validated.

A Fine Balance Intellectual and neurological disabilities can arise from diverse developmental aberrations. Novarino et al. (p. 394 , published online 6 September; see the Perspective by Beaudet ) have now determined the genetic basis for one such disorder for a small group of patients. Exome sequencing led to identification of mutations in a kinase BCKDK ( Branched Chain Ketoacid Dehydrogenase Kinase ) that regulates metabolism of branched-chain amino acids such as valine, leucine, and isoleucine. Mice with homozygous mutations in the BCKDK gene showed developmental and neurological abnormalities resembling those in certain mouse autism models. Analysis of transport mechanisms responsible for carrying amino acids across the blood-brain barrier revealed competition between the branched-chain amino acids and large neutral amino acids. Nutritional supplementation with extra branched-chain amino acids in the diet of mice carrying homozygous mutations in the BCKDK gene normalized their phenotype.

The translation of "next-generation" sequencing directly to the clinic is still being assessed but has the potential for genetic diseases to reduce costs, advance accuracy, and point to unsuspected yet treatable conditions. To study its capability in the clinic, we performed whole-exome sequencing in 118 probands with a diagnosis of a pediatric-onset neurodevelopmental disease in which most known causes had been excluded. Twenty-two genes not previously identified as disease-causing were identified in this study (19% of cohort), further establishing exome sequencing as a useful tool for gene discovery. New genes identified included EXOC8 in Joubert syndrome and GFM2 in a patient with microcephaly, simplified gyral pattern, and insulin-dependent diabetes. Exome sequencing uncovered 10 probands (8% of cohort) with mutations in genes known to cause a disease different from the initial diagnosis. Upon further medical evaluation, these mutations were found to account for each proband's disease, leading to a change in diagnosis, some of which led to changes in patient management. Our data provide proof of principle that genomic strategies are useful in clarifying diagnosis in a proportion of patients with neurodevelopmental disorders.