Aicardi-Goutieres syndrome (AGS) is a genetic encephalopathy whose clinical features mimic those of acquired in utero viral infection. AGS exhibits locus heterogeneity, with mutations identified in genes encoding the 3'-->5' exonuclease TREX1 and the three subunits of the RNASEH2 endonuclease complex. To define the molecular spectrum of AGS, we performed mutation screening in patients, from 127 pedigrees, with a clinical diagnosis of the disease. Biallelic mutations in TREX1, RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were observed in 31, 3, 47, and 18 families, respectively. In five families, we identified an RNASEH2A or RNASEH2B mutation on one allele only. In one child, the disease occurred because of a de novo heterozygous TREX1 mutation. In 22 families, no mutations were found. Null mutations were common in TREX1, although a specific missense mutation was observed frequently in patients from northern Europe. Almost all mutations in RNASEH2A, RNASEH2B, and RNASEH2C were missense. We identified an RNASEH2C founder mutation in 13 Pakistani families. We also collected clinical data from 123 mutation-positive patients. Two clinical presentations could be delineated: an early-onset neonatal form, highly reminiscent of congenital infection seen particularly with TREX1 mutations, and a later-onset presentation, sometimes occurring after several months of normal development and occasionally associated with remarkably preserved neurological function, most frequently due to RNASEH2B mutations. Mortality was correlated with genotype; 34.3% of patients with TREX1, RNASEH2A, and RNASEH2C mutations versus 8.0% RNASEH2B mutation-positive patients were known to have died (P=.001). Our analysis defines the phenotypic spectrum of AGS and suggests a coherent mutation-screening strategy in this heterogeneous disorder. Additionally, our data indicate that at least one further AGS-causing gene remains to be identified.

We investigated cardiac energetics in subjects with mutations in three different familial hypertrophic cardiomyopathy (HCM) disease genes, some of whom were nonpenetrant carriers without hypertrophy, using phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopy. Familial hypertrophic cardiomyopathy is caused by mutations in sarcomeric protein genes. The mechanism by which these mutant proteins cause disease is uncertain. A defect of myocyte contractility had been proposed, but in vitro studies of force generation have subsequently shown opposing results in different classes of mutation. An alternative hypothesis of "energy compromise" resulting from inefficient utilization of adenosine triphosphate (ATP) has been suggested, but in vivo data in humans with genotyped HCM are lacking. The cardiac phosphocreatine (PCr) to ATP ratio was determined at rest in 31 patients harboring mutations in the genes for either beta-myosin heavy chain, cardiac troponin T, or myosin-binding protein C, and in 24 controls. Transthoracic echocardiography was used to measure left ventricular (LV) dimensions and maximal wall thickness. The PCr/ATP was reduced in the HCM subjects by 30% relative to controls (1.70 ± 0.43 vs. 2.44 ± 0.30; p < 0.001), and the reduction was of a similar magnitude in all three disease-gene groups. The PCr/ATP was equally reduced in subjects with (n = 24) and without (n = 7) LV hypertrophy. Our data provide evidence of a bioenergetic deficit in genotype-confirmed HCM, which is present to a similar degree in three disease-gene groups. The presence of energetic abnormalities, even in those without hypertrophy, supports a proposed link between altered cardiac energetics and development of the disease phenotype.

Gilean McVean and colleagues report the results of a large-scale clinical genome sequencing project spanning a broad spectrum of disorders. They identify factors influencing successful genetic diagnosis and highlight the challenges of interpreting findings for genetically heterogeneous disorders. To assess factors influencing the success of whole-genome sequencing for mainstream clinical diagnosis, we sequenced 217 individuals from 156 independent cases or families across a broad spectrum of disorders in whom previous screening had identified no pathogenic variants. We quantified the number of candidate variants identified using different strategies for variant calling, filtering, annotation and prioritization. We found that jointly calling variants across samples, filtering against both local and external databases, deploying multiple annotation tools and using familial transmission above biological plausibility contributed to accuracy. Overall, we identified disease-causing variants in 21% of cases, with the proportion increasing to 34% (23/68) for mendelian disorders and 57% (8/14) in family trios. We also discovered 32 potentially clinically actionable variants in 18 genes unrelated to the referral disorder, although only 4 were ultimately considered reportable. Our results demonstrate the value of genome sequencing for routine clinical diagnosis but also highlight many outstanding challenges.

In severe early-onset epilepsy, precise clinical and molecular genetic diagnosis is complex, as many metabolic and electro-physiological processes have been implicated in disease causation. The clinical phenotypes share many features such as complex seizure types and developmental delay. Molecular diagnosis has historically been confined to sequential testing of candidate genes known to be associated with specific sub-phenotypes, but the diagnostic yield of this approach can be low. We conducted whole-genome sequencing (WGS) on six patients with severe early-onset epilepsy who had previously been refractory to molecular diagnosis, and their parents. Four of these patients had a clinical diagnosis of Ohtahara Syndrome (OS) and two patients had severe non-syndromic early-onset epilepsy (NSEOE). In two OS cases, we found de novo non-synonymous mutations in the genes KCNQ2 and SCN2A. In a third OS case, WGS revealed paternal isodisomy for chromosome 9, leading to identification of the causal homozygous missense variant in KCNT1, which produced a substantial increase in potassium channel current. The fourth OS patient had a recessive mutation in PIGQ that led to exon skipping and defective glycophosphatidyl inositol biosynthesis. The two patients with NSEOE had likely pathogenic de novo mutations in CBL and CSNK1G1, respectively. Mutations in these genes were not found among 500 additional individuals with epilepsy. This work reveals two novel genes for OS, KCNT1 and PIGQ. It also uncovers unexpected genetic mechanisms and emphasizes the power of WGS as a clinical tool for making molecular diagnoses, particularly for highly heterogeneous disorders.

Deafness, onychodystrophy, osteodystrophy, mental retardation, and seizures (DOORS) syndrome is a rare autosomal recessive disorder of unknown cause. We aimed to identify the genetic basis of this syndrome by sequencing most coding exons in affected individuals.Through a search of available case studies and communication with collaborators, we identified families that included at least one individual with at least three of the five main features of the DOORS syndrome: deafness, onychodystrophy, osteodystrophy, intellectual disability, and seizures. Participants were recruited from 26 centres in 17 countries. Families described in this study were enrolled between Dec 1, 2010, and March 1, 2013. Collaborating physicians enrolling participants obtained clinical information and DNA samples from the affected child and both parents if possible. We did whole-exome sequencing in affected individuals as they were enrolled, until we identified a candidate gene, and Sanger sequencing to confirm mutations. We did expression studies in human fibroblasts from one individual by real-time PCR and western blot analysis, and in mouse tissues by immunohistochemistry and real-time PCR.26 families were included in the study. We did exome sequencing in the first 17 enrolled families; we screened for TBC1D24 by Sanger sequencing in subsequent families. We identified TBC1D24 mutations in 11 individuals from nine families (by exome sequencing in seven families, and Sanger sequencing in two families). 18 families had individuals with all five main features of DOORS syndrome, and TBC1D24 mutations were identified in half of these families. The seizure types in individuals with TBC1D24 mutations included generalised tonic-clonic, complex partial, focal clonic, and infantile spasms. Of the 18 individuals with DOORS syndrome from 17 families without TBC1D24 mutations, eight did not have seizures and three did not have deafness. In expression studies, some mutations abrogated TBC1D24 mRNA stability. We also detected Tbc1d24 expression in mouse phalangeal chondrocytes and calvaria, which suggests a role of TBC1D24 in skeletogenesis.Our findings suggest that mutations in TBC1D24 seem to be an important cause of DOORS syndrome and can cause diverse phenotypes. Thus, individuals with DOORS syndrome without deafness and seizures but with the other features should still be screened for TBC1D24 mutations. More information is needed to understand the cellular roles of TBC1D24 and identify the genes responsible for DOORS phenotypes in individuals who do not have a mutation in TBC1D24.US National Institutes of Health, the CIHR (Canada), the NIHR (UK), the Wellcome Trust, the Henry Smith Charity, and Action Medical Research.