Mutations in SCN2A, a gene encoding the voltage-gated sodium channel Nav1.2, have been associated with a spectrum of epilepsies and neurodevelopmental disorders. Here, we report the phenotypes of 71 patients and review 130 previously reported patients. We found that (i) encephalopathies with infantile/childhood onset epilepsies (≥3 months of age) occur almost as often as those with an early infantile onset (<3 months), and are thus more frequent than previously reported; (ii) distinct phenotypes can be seen within the late onset group, including myoclonic-atonic epilepsy (two patients), Lennox-Gastaut not emerging from West syndrome (two patients), and focal epilepsies with an electrical status epilepticus during slow sleep-like EEG pattern (six patients); and (iii) West syndrome constitutes a common phenotype with a major recurring mutation (p.Arg853Gln: two new and four previously reported children). Other known phenotypes include Ohtahara syndrome, epilepsy of infancy with migrating focal seizures, and intellectual disability or autism without epilepsy. To assess the response to antiepileptic therapy, we retrospectively reviewed the treatment regimen and the course of the epilepsy in 66 patients for which well-documented medical information was available. We find that the use of sodium channel blockers was often associated with clinically relevant seizure reduction or seizure freedom in children with early infantile epilepsies (<3 months), whereas other antiepileptic drugs were less effective. In contrast, sodium channel blockers were rarely effective in epilepsies with later onset (≥3 months) and sometimes induced seizure worsening. Regarding the genetic findings, truncating mutations were exclusively seen in patients with late onset epilepsies and lack of response to sodium channel blockers. Functional characterization of four selected missense mutations using whole cell patch-clamping in tsA201 cells-together with data from the literature-suggest that mutations associated with early infantile epilepsy result in increased sodium channel activity with gain-of-function, characterized by slowing of fast inactivation, acceleration of its recovery or increased persistent sodium current. Further, a good response to sodium channel blockers clinically was found to be associated with a relatively small gain-of-function. In contrast, mutations in patients with late-onset forms and an insufficient response to sodium channel blockers were associated with loss-of-function effects, including a depolarizing shift of voltage-dependent activation or a hyperpolarizing shift of channel availability (steady-state inactivation). Our clinical and experimental data suggest a correlation between age at disease onset, response to sodium channel blockers and the functional properties of mutations in children with SCN2A-related epilepsy.

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.

Most arteriovenous malformations (AVMs) are localized and occur sporadically. However, they also can be multifocal in autosomal-dominant disorders, such as hereditary hemorrhagic telangiectasia and capillary malformation (CM)-AVM. Previously, we identified RASA1 mutations in 50% of patients with CM-AVM. Herein we studied non-RASA1 patients to further elucidate the pathogenicity of CMs and AVMs.We conducted a genome-wide linkage study on a CM-AVM family. Whole-exome sequencing was also performed on 9 unrelated CM-AVM families. We identified a candidate gene and screened it in a large series of patients. The influence of several missense variants on protein function was also studied in vitro.We found evidence for linkage in 2 loci. Whole-exome sequencing data unraveled 4 distinct damaging variants in EPHB4 in 5 families that cosegregated with CM-AVM. Overall, screening of EPHB4 detected 47 distinct mutations in 54 index patients: 27 led to a premature stop codon or splice-site alteration, suggesting loss of function. The other 20 are nonsynonymous variants that result in amino acid substitutions. In vitro expression of several mutations confirmed loss of function of EPHB4. The clinical features included multifocal CMs, telangiectasias, and AVMs.We found EPHB4 mutations in patients with multifocal CMs associated with AVMs. The phenotype, CM-AVM2, mimics RASA1-related CM-AVM1 and also hereditary hemorrhagic telangiectasia. RASA1-encoded p120RASGAP is a direct effector of EPHB4. Our data highlight the pathogenetic importance of this interaction and indicts EPHB4-RAS-ERK signaling pathway as a major cause for AVMs.

The 16p11.2 BP4-BP5 duplication is the copy number variant most frequently associated with autism spectrum disorder (ASD), schizophrenia, and comorbidities such as decreased body mass index (BMI).To characterize the effects of the 16p11.2 duplication on cognitive, behavioral, medical, and anthropometric traits and to understand the specificity of these effects by systematically comparing results in duplication carriers and reciprocal deletion carriers, who are also at risk for ASD.This international cohort study of 1006 study participants compared 270 duplication carriers with their 102 intrafamilial control individuals, 390 reciprocal deletion carriers, and 244 deletion controls from European and North American cohorts. Data were collected from August 1, 2010, to May 31, 2015 and analyzed from January 1 to August 14, 2015. Linear mixed models were used to estimate the effect of the duplication and deletion on clinical traits by comparison with noncarrier relatives.Findings on the Full-Scale IQ (FSIQ), Nonverbal IQ, and Verbal IQ; the presence of ASD or other DSM-IV diagnoses; BMI; head circumference; and medical data.Among the 1006 study participants, the duplication was associated with a mean FSIQ score that was lower by 26.3 points between proband carriers and noncarrier relatives and a lower mean FSIQ score (16.2-11.4 points) in nonproband carriers. The mean overall effect of the deletion was similar (-22.1 points; P < .001). However, broad variation in FSIQ was found, with a 19.4- and 2.0-fold increase in the proportion of FSIQ scores that were very low (≤40) and higher than the mean (>100) compared with the deletion group (P < .001). Parental FSIQ predicted part of this variation (approximately 36.0% in hereditary probands). Although the frequency of ASD was similar in deletion and duplication proband carriers (16.0% and 20.0%, respectively), the FSIQ was significantly lower (by 26.3 points) in the duplication probands with ASD. There also were lower head circumference and BMI measurements among duplication carriers, which is consistent with the findings of previous studies.The mean effect of the duplication on cognition is similar to that of the reciprocal deletion, but the variance in the duplication is significantly higher, with severe and mild subgroups not observed with the deletion. These results suggest that additional genetic and familial factors contribute to this variability. Additional studies will be necessary to characterize the predictors of cognitive deficits.