Identification de l'immunité innée et adaptative aberrante basée sur des changements dans l'expression globale des gènes dans le sang d'adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

 Aperçu: G.M.

Contexte:
Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) est caractérisé comme un trouble neurodéveloppemental, et l'une des principales hypothèses concernant sa cause est des facteurs génétiques. Une méta-analyse précédente de sept études sur puces à ADN et une étude de séquençage de l'ARN (RNA-seq) utilisant le sang d'enfants avec un diagnostic de TSA (dTSA) a identifié une dérégulation des expressions génétiques pertinentes pour le système immunitaire. Dans cette étude, nous avons exploré les changements dans l'expression globale des gènes en tant que phénotype de TSA dans le sang d'adultes avec un dTSA. 

Méthodes:
Nous avons recruté une cohorte RNA-seq (TSA vs contrôle; n = 6 chacun) et une cohorte de réplication (TSA vs contrôle; n = 19 chacun) et mené RNA-seq pour explorer les changements dans l'expression globale des gènes. Nous avons ensuite soumis les gènes significativement régulés à la hausse et à la baisse à une ontologie des gènes (GO) et à des analyses de base. Une analyse pondérée du réseau de corrélation des gènes (WGCNA) a été réalisée avec les 11 617 gènes détectés dans l'ARN-seq pour identifier le réseau de gènes spécifiques aux TSA. 

Résultats:
Au total, 117 gènes significativement régulés à la hausse et 83 significativement régulés à la baisse ont été détectés dans le TSA par rapport au groupe témoin, respectivement (p <0,05 et q <0,05). L'analyse GO a révélé que l'immunité innée et adaptative aberrante était plus évidente dans les 117 gènes régulés à la hausse que dans les 83 gènes régulés à la baisse. Le WGCNA avec analyse de base a révélé qu'un module comprenant de nombreux gènes immunitaires était associé à la voie de signalisation des cellules tueuses naturelles. Dans les résultats de la cohorte de réplication, des changements significatifs avec la même tendance trouvée dans les données ARN-seq ont été confirmés pour MAFB (p = 0,046), RPSAP58 (p = 0,030) et G2MK (p = 0,004). 

Limites:
La taille de l'échantillon était relativement petite dans les cohortes RNA-seq et de réplication. Cette étude a examiné le niveau d'expression de l'ARNm, de sorte que l'interaction entre l'ARNm et la protéine reste incertaine. Les changements d'expression entre les enfants et les adultes avec un dTSA n'ont pas été comparés car seuls les adultes avec un dTSA ont été ciblés. 

Conclusions:
Les expressions génétiques dérégulées confirmées dans le sang d'adultes avec un dTSA étaient pertinentes pour le dysfonctionnement de l'immunité innée et adaptative. Ces résultats peuvent aider à comprendre la pathogenèse des TSA.

. 2021 Apr 30;18(1):102. doi: 10.1186/s12974-021-02154-7.

Identification of aberrant innate and adaptive immunity based on changes in global gene expression in the blood of adults with autism spectrum disorder

Fumie Horiuchi ^{#  1} , Yuta Yoshino ^{#  1} , Hiroshi Kumon  ¹ , Rie Hosokawa  ¹ , Kiwamu Nakachi  ¹ , Kentaro Kawabe  ¹ , Jun-Ichi Iga  ² , Shu-Ichi Ueno  ¹

Affiliations

• PMID: 33931079
• DOI: 10.1186/s12974-021-02154-7

Abstract

Background: Autism spectrum disorder (ASD) is characterized as a neurodevelopmental disorder, and one of the main hypotheses regarding its cause is genetic factors. A previous meta-analysis of seven microarray studies and one RNA sequencing (RNA-seq) study using the blood of children with ASD identified dysregulation of gene expressions relevant to the immune system. In this study, we explored changes in global gene expression as the phenotype of ASD in the blood of adults with ASD.

Methods: We recruited an RNA-seq cohort (ASD vs. control; n = 6 each) and a replication cohort (ASD vs. control; n = 19 each) and conducted RNA-seq to explore changes in global gene expression. We then subjected the significantly up- and downregulated genes to gene ontology (GO) and core analyses. Weighted gene correlation network analysis (WGCNA) was performed with all 11,617 genes detected in RNA-seq to identify the ASD-specific gene network.

Results: In total, 117 significantly up- and 83 significantly downregulated genes were detected in the ASD compared with the control group, respectively (p < 0.05 and q < 0.05). GO analysis revealed that the aberrant innate and adaptive immunity were more obvious in the 117 upregulated than in the 83 downregulated genes. WGCNA with core analysis revealed that one module including many immune-related genes was associated with the natural killer cell signaling pathway. In the results for the replication cohort, significant changes with same trend found in RNA-seq data were confirmed for MAFB (p = 0.046), RPSAP58 (p = 0.030), and G2MK (p = 0.004).

Limitations: The sample size was relatively small in both the RNA-seq and replication cohorts. This study examined the mRNA expression level, so the interaction between mRNA and protein remains unclear. The expression changes between children and adults with ASD were not compared because only adults with ASD were targeted.

Conclusions: The dysregulated gene expressions confirmed in the blood of adults with ASD were relevant to the dysfunction of innate and adaptive immunity. These findings may aid in understanding the pathogenesis of ASD.

Keywords: Adaptive immunity; Autism spectrum disorder; Gene expression; Gene ontology; Innate immunity; RNA-sequencing; WGCNA.

Facteurs de risque de l'autisme: gènes, environnement et interactions gène-environnement

Aperçu: G.M.

Interaction gène-environnement
L'hétérogénéité génétique peut être une des explications de l'absence de réplication des études d'association dans l'autisme. Cependant, ces résultats pourraient également être interprétés dans le cadre d'un modèle d'interaction Gène-environnement; GxE. Si, par exemple, une association a été trouvée dans un échantillon avec des sujets fréquemment exposés à un risque environnemental particulier mais pas chez ceux qui sont rarement exposés, et que l'exposition a été non établie, la source de la non-réplication restera insaisissable.
L'existence d'interactions entre le patrimoine génétique et les facteurs environnementaux de l'autisme a été suggérée pour la première fois pour les complications périnatales. En effet, dans une étude épidémiologique sur l'autisme qui comprenait un groupe de comparaison de frères et sœurs, les frères et sœurs non autistes présentaient moins de complications prénatales et périnatales que leurs frères et sœurs autistes, mais plus que les sujets témoins. Cela suggère que les personnes autistes peuvent réagir différemment aux mêmes stimuli environnementaux et peuvent avoir moins de tolérance à l'expérience prénatale que leurs frères et sœurs. De plus, des études sur des modèles animaux ont suggéré que les défauts génétiques de la fonction synaptique peuvent altérer la sensibilité à l'environnement. En effet, une étude a montré que les mutants déficients en neuroligine des nématodes C. elegans sont hypersensibles au stress oxydatif. Une autre étude a rapporté que les coupes d'hippocampe de souris déficientes en MecP2 sont plus sensibles à l'hypoxie. À l'inverse, il a été montré dans des modèles animaux. que la pathologie la plus importante du cerveau extrêmement prématuré est la perturbation du développement synaptique.  On a donc émis l'hypothèse que les défauts des gènes synaptiques pourraient interagir avec le facteur environnemental pour augmenter le risque d'autisme. Une autre hypothèse est l'interaction entre les variations génétiques des gènes de la voie de la mélatonine et le stress oxydatif. En effet, une faible concentration plasmatique de mélatonine est un trait fréquent chez les patients autistes, causée par un déficit primaire de l'activité acétylsérotonine-mélhyl-transférase (ASMT). Il a été suggéré que les variations génétiques contribuent au déficit enzymatique. Plusieurs études ont suggéré un effet antioxydant de la mélatonine in vitro, et il a été démontré que l'administration de mélatonine réduit le stress oxydatif chez les nouveau-nés exposés à une infection ou à une détresse fœtale, et favorise la maturation oligodendrogliale chez le rat nouveau-né présentant une substance blanche anormale liée à l'hypoxie fœtale. Ainsi, il pourrait avoir un effet neuroprotecteur chez le nouveau-né exposé à la détresse fœtale. Fait intéressant, Gardener et al ont noté que plusieurs des facteurs de risque périnatals et néonatals qu'ils ont identifiés peuvent être associés à un risque accru d'hypoxie. On peut ainsi émettre l'hypothèse qu'un déficit en mélatonine pourrait être pris en compte dans les conséquences de la détresse périnatale.

Au-delà de ces observations, les preuves disponibles de la contribution de la GxE au risque d'autisme proviennent de modèles animaux. Dans une première étude, des souris haploinsuffisantes pour le gène TSC2 ont démontré un manque de comportement d'approche sociale normal uniquement lorsqu'elles sont exposées à une activation immunitaire maternelle. Les auteurs proposent que la signalisation TSC / mTOR désinhibée en aval des médiateurs des effets d'activation immunitaire gestationnelle amplifie leur impact sur le cerveau fœtal de souris mutantes; ou que l'activation immunitaire peut être plus prononcée chez les mutants en raison du rôle de la signalisation TSC / mTOR dans la régulation de la réponse immunitaire adaptative. De plus, en explorant davantage l'interaction possible entre la sclérose tubéreuse et l'activation immunitaire maternelle dans une cohorte d'individus atteints de sclérose tubéreuse, les auteurs ont trouvé une association entre la fin de la gestation et l'activité grippale saisonnière maximale chez les personnes autistes. Ces résultats suggèrent que la fin de la gestation est la principale période de vulnérabilité du neurodéveloppement à l'infection grippale, ce qui est en contradiction avec les résultats discutés précédemment, suggérant que la naissance estivale et l'infection maternelle au cours du premier trimestre sont des facteurs de risque de TSA. Cependant, nous pouvons raisonnablement émettre l'hypothèse que la période de vulnérabilité principale à l'infection pendant la gestation peut varier en fonction de facteurs génétiques, et qu'il existe une période spécifique de vulnérabilité du neurodéveloppement en fin de gestation dans la sclérose tubéreuse. Dans un autre modèle animal, l'activation immunitaire maternelle prénatale et l'expression d'une protéine DISC1 mutante ont interagi pour produire un modèle modifié de sociabilité. Ce profil neurocomportemental était absent chez les souris non traitées exprimant le mutant.
Bien que ces résultats soient très encourageants, les études d'association basées sur la famille et la population dans l'autisme n'ont pas encore été prolongées pour l'interaction GxE. L'un des principaux problèmes de ce type d'étude est que la capacité de détecter les interactions GxE est encore plus faible que la capacité de détecter les principaux effets génétiques ou environnementaux, et l'enthousiasme pour la recherche sur la GxE dans d'autres troubles psychiatriques a récemment été tempéré par l'absence de réplication de  nombreux résultats positifs. Néanmoins, ces études sont nécessaires car elles pourraient nous aider à comprendre l'incohérence des résultats trouvés dans les études d'association classiques et fournir des conseils utiles en ce qui concerne prevendon (la prévention ??).
Deux études épidémiologiques prospectives à grande échelle visant à explorer les facteurs environnementaux et l'interaction GxE ont été récemment lancées. L'étude National Children's suivra 100 000 enfants aux États-Unis de la conception à l'âge de 21 ans.Des échantillons biologiques sont prélevés sur chaque mère et chaque enfant. La cohorte des naissances autistes suivra 100 000 enfants de la conception à l'âge de 7 ans. Des échantillons biologiques sont prélevés sur les enfants et leurs parents. Fait intéressant, un résultat encourageant est venu d'une étude d'association dans le trouble du déficit d'attention avec hyperactivité (TDAH), qui a trouvé des effets de la GxE sur les symptômes de TSA chez les enfants atteints de TDAH. Des analyses de régression multiple pour les effets GxE ont montré que le génotype 5-HTTLPR S / S interagissait avec le tabagisme maternel pendant la grossesse, augmentant les problèmes d'interaction sociale, et interagissait également avec un faible poids à la naissance, augmentant le comportement rigide. Enfin, compte tenu de la nouvelle compréhension de la génétique, de l'architecture de l'autisme, une étude plus approfondie de l'interaction des variantes rares associées aux TSA et des facteurs environnementaux dans des populations porteuses de mutations identiques serait utile mais difficile à réaliser en raison du petit nombre de porteurs.

Conclusion
Contrairement à l'affirmation fréquente selon laquelle nous ne connaissons que peu le risque d'autisme, des avancées majeures ont été réalisées au cours de la dernière décennie dans ce domaine. En particulier, les progrès récents de la génétique ont permis une nouvelle conceptualisation des mécanismes moléculaires et cellulaires du trouble. Dans le même temps, de nouvelles questions sont soulevées, notamment le rôle des variants communes et la relation entre génotype et phénotype. La contribution des facteurs environnementaux par effet additif ou multiplicatif doit être étudiée plus avant. De nouveaux financements devront être consacrés à ce domaine de recherche, qui a été peu financé jusqu'à très récemment.

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Autism risk factors: genes, environment, and gene-environment interactions

Pauline Chaste  ¹ , Marion Leboyer

Affiliations

• PMID: 23226953
• PMCID: PMC3513682

Le but de cet article est de résumer les résultats importants de la recherche génétique et épidémiologique qui montrent que l'autisme est un trouble complexe issu de la combinaison de facteurs génétiques et environnementaux. Les grands efforts réalisés dans le domaine de la génétique ont permis des progrès remarquables dans la connaissance des causes génétiques de l'autisme. L'identification d'allèles spécifiques contribuant au développement des troubles du spectre autistique a fourni des pièces importantes pour le puzzle de l'autisme. Cependant, de nombreuses questions restent sans réponse et de nouvelles sont soulevées par des résultats récents. Par ailleurs, les résultats suggérant une participation significative des facteurs environnementaux au risque d'autisme, engagent à maintenant insister sur leur recherche. L'étude des interactions entre les gènes et les facteurs environnementaux est un aspect de la recherche qui a été négligé jusqu'à maintenant.

Les symptômes de l'autisme social et non social et les domaines de trait sont génétiquement dissociables

Aperçu: G.M.

Les critères de diagnostic de base pour l'autisme comprennent deux domaines symptomatiques: les difficultés sociales et de communication, et les comportements, intérêts et activités inhabituellement répétitifs et restreints. Certaines preuves suggèrent que ces deux domaines sont dissociables, bien que cette hypothèse n'ait pas encore été testée par la génétique moléculaire. 

Nous testons cela en utilisant une étude d'association pangénomique (N = 51 564) d'un trait non social lié à l'autisme, systématisant, défini comme la volonté d'analyser et de construire des systèmes. 

Nous démontrons que la systématisation est héréditaire et génétiquement corrélée à l'autisme. En revanche, nous n’identifions pas de corrélation génétique significative entre les traits sociaux autistes et la systématisation. À cet effet, les scores polygéniques pour la systématisation sont associés de manière significative et positive à un comportement restreint et répétitif, mais pas à des difficultés sociales chez les individus autistes. 

Ces résultats suggèrent fortement que les deux domaines fondamentaux de l'autisme sont génétiquement dissociables et indiquent comment fractionner la génétique de l'autisme.

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Commun Biol. 2019 Sep 3;2:328. doi: 10.1038/s42003-019-0558-4. eCollection 2019.

Social and non-social autism symptoms and trait domains are genetically dissociable

Warrier V¹, Toro R², Won H³, Leblond CS², Cliquet F², Delorme R^2,4, De Witte W⁵, Bralten J^5,6, Chakrabarti B^1,7, Børglum AD^8,9,10, Grove J^8,9,10,11, Poelmans G⁵, Hinds DA^#12, Bourgeron T^#2, Baron-Cohen S^#1.

Author information

1

1Autism Research Centre, Department of Psychiatry, University of Cambridge, Cambridgeshire, UK.

2

Human Genetics and Cognitive Functions, Institut Pasteur, UMR3571 CNRS, Université de Paris, Paris, France.

3

3Department of Genetics and Neuroscience Center, University of North Carolina, Chapel Hill, NC 27599 USA.

4

4Child and Adolescent Psychiatry Department, Robert Debré Hospital, Paris, France.

5

5Department of Human Genetics, Radboud University Medical Center, Nijmegen, The Netherlands.

6

6Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Radboud University, Nijmegen, The Netherlands.

7

7Centre for Autism, School of Psychology and Clinical Language Sciences, University of Reading, Reading, UK.

8

The Lundbeck Foundation Initiative for Integrative Psychiatric Research, iPSYCH, Aarhus, Denmark.

9

9Centre for Integrative Sequencing, iSEQ, Aarhus University, Aarhus, Denmark.

10

10Department of Biomedicine - Human Genetics, Aarhus University, Aarhus, Denmark.

11

11Bioinformatics Research Centre, Aarhus University, Aarhus, Denmark.

12

1223andMe Inc., Mountain View, CA 94043 USA.

#

Contributed equally

Abstract

The core diagnostic criteria for autism comprise two symptom domains - social and communication difficulties, and unusually repetitive and restricted behaviour, interests and activities. There is some evidence to suggest that these two domains are dissociable, though this hypothesis has not yet been tested using molecular genetics. We test this using a genome-wide association study (N = 51,564) of a non-social trait related to autism, systemising, defined as the drive to analyse and build systems. We demonstrate that systemising is heritable and genetically correlated with autism. In contrast, we do not identify significant genetic correlations between social autistic traits and systemising. Supporting this, polygenic scores for systemising are significantly and positively associated with restricted and repetitive behaviour but not with social difficulties in autistic individuals. These findings strongly suggest that the two core domains of autism are genetically dissociable, and point at how to fractionate the genetics of autism.

PMID:31508503

PMCID:PMC6722082

DOI:10.1038/s42003-019-0558-4

Le séquençage de l'exome de 457 familles autistes recrutées en ligne fournit des preuves de gènes de risque d'autisme

Aperçu: G.M.

Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) est une condition génétiquement hétérogène, causée par une combinaison de variants rares de novo et hérités, ainsi que de variants communs d'au moins plusieurs centaines de gènes. Cependant, des tailles d'échantillon beaucoup plus grandes sont nécessaires pour identifier l'ensemble complet des facteurs de risque génétiques. Nous avons mené une étude pilote pour SPARK (SPARKForAutism.org) auprès de 457 familles avec un TSA, qui ont toutes donné leur consentement en ligne. Des données de séquençage de l'exome entier (WES) et de génotypage ont été générées pour chaque famille à l'aide de l'ADN de la salive. 

Nous avons identifié des variantes dans les gènes et les locus qui sont des causes cliniquement reconnues ou qui contribuent de manière significative aux TSA dans 10,4% des familles sans découverte génétique antérieure. De plus, nous avons identifié des variantes éventuellement associées aux TSA dans 3,4% de familles supplémentaires. Une méta-analyse utilisant le cadre TADA à un taux de fausse découverte (FDR) de 0,1 fournit un support statistique pour 26 gènes de risque de TSA. Alors que la plupart de ces gènes sont déjà connus comme gènes de risque de TSA, la BRSK2 possède le support statistique le plus puissant et atteint une signification génomique en tant que gène de risque de TSA (valeur p = 2,3e-06). 

Des études futures sur les milliers de personnes avec un TSA inscrites à SPARK devraient permettre de préciser les facteurs de risque génétiques associés aux TSA et d'accélérer les recherches sur les TSA intégrant l'étiologie génétique.

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

NPJ Genom Med. 2019 Aug 23;4:19. doi: 10.1038/s41525-019-0093-8. eCollection 2019.

Exome sequencing of 457 autism families recruited online provides evidence for autism risk genes

Feliciano P^#1, Zhou X^#2, Astrovskaya I^#1, Turner TN^#3, Wang T³, Brueggeman L⁴, Barnard R⁵, Hsieh A², Snyder LG¹, Muzny DM⁶, Sabo A⁶; SPARK Consortium, Gibbs RA⁶, Eichler EE^3,7, O'Roak BJ⁵, Michaelson JJ⁴, Volfovsky N¹, Shen Y², Chung WK^1,8.

Collaborators (206)

Author information

1

1Simons Foundation, New York, NY 10010 USA.

2

2Department of Systems Biology, Columbia University, New York, NY 10032 USA.

3

3Department of Genome Sciences, University of Washington School of Medicine, Seattle, WA 98195 USA.

4

4Department of Psychiatry, University of Iowa Carver College of Medicine, Iowa City, IA 52242 USA.

5

5Department of Molecular and Medical Genetics, Oregon Health & Science University, Portland, OR 97239 USA.

6

6Human Genome Sequencing Center, Baylor College of Medicine, Houston, TX 77030 USA.

7

7Howard Hughes Medical Institute, University of Washington, Seattle, WA 98195 USA.

8

8Department of Pediatrics, Columbia University Medical Center, New York, NY 10032 USA.

#

Contributed equally

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is a genetically heterogeneous condition, caused by a combination of rare de novo and inherited variants as well as common variants in at least several hundred genes. However, significantly larger sample sizes are needed to identify the complete set of genetic risk factors. We conducted a pilot study for SPARK (SPARKForAutism.org) of 457 families with ASD, all consented online. Whole exome sequencing (WES) and genotyping data were generated for each family using DNA from saliva. We identified variants in genes and loci that are clinically recognized causes or significant contributors to ASD in 10.4% of families without previous genetic findings. In addition, we identified variants that are possibly associated with ASD in an additional 3.4% of families. A meta-analysis using the TADA framework at a false discovery rate (FDR) of 0.1 provides statistical support for 26 ASD risk genes. While most of these genes are already known ASD risk genes, BRSK2 has the strongest statistical support and reaches genome-wide significance as a risk gene for ASD (p-value = 2.3e-06). Future studies leveraging the thousands of individuals with ASD who have enrolled in SPARK are likely to further clarify the genetic risk factors associated with ASD as well as allow accelerate ASD research that incorporates genetic etiology.

PMID:31452935

PMCID:PMC6707204

DOI:10.1038/s41525-019-0093-8

Centre de gènes cibles du risque d'autisme dans le cortex frontal

Aperçu: G.M.

Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) est un trouble neuropsychiatrique complexe. Un certain nombre de locus à risque génétique ont été identifiés pour le TSA dans le cadre d'études d'association pangénomique (GWAS); cependant, leurs gènes cibles dans les tissus et les types de cellules pertinents restent à étudier. Le cortex frontal est une région clé du cerveau humain pour la communication et la fonction cognitive. Pour identifier les gènes de risque contribuant à un dysfonctionnement potentiel du cortex frontal des patients avec un diagnostic de TSA, nous avons adopté une approche in silico (Note de traduction: une recherche ou un essai effectué au moyen de calculs complexes informatisés ou de modèles informatiques. source wikipédia) intégrant des données multi-omiques (Note de traduction : lien avec document pdf de l'INSERM expliquant les approches 'omiques' ; Lidée de base : "consiste à appréhender la complexité du vivant dans son ensemble, au moyen de méthodologies lesmoins restrictives possibles sur le plan descriptif. Ces approches peuvent en particulier être utiles pour mettre en évidence et identifier de nouveaux biomarqueurs (d’exposition, d’effet ou de susceptibilité), générer de nouvelles connaissances sur le plan mécanistique (modes d’action), ou encore élaborer de nouveaux outils de toxicologie prédictive pour aider à l’identification desdangers.)

Nous avons d'abord découvert des gènes d'expression dans les tissus du cortex frontal qui sont corrélés aux locus à risque de TSA en exploitant les informations relatives aux locus de caractères quantitatifs d'expression (eQTL). Parmi ces gènes, nous avons ensuite identifié 76 gènes montrant une expression différentielle significative dans le cortex frontal entre les cas de TSA et les témoins dans des ensembles de données de microréseaux, puis nous avons répliqué quatre gènes avec des données d'ARN-seq. 

Parmi les polymorphismes mononucléotidiques (SNP) ASD GWAS en corrélation avec les 76 gènes, 20 chevauchements avec des marques histones et 40 sont associés à un niveau de méthylation des gènes. 

Ainsi, à travers des analyses de données multi-omiques, nous avons identifié des gènes qui pourraient fonctionner en tant que gènes cibles de locus à risque de TSA dans le cortex frontal.

Front Genet. 2019 Aug 9;10:707. doi: 10.3389/fgene.2019.00707. eCollection 2019.

Target Genes of Autism Risk Loci in Brain Frontal Cortex

Sun Y¹, Yao X¹, March ME², Meng X¹, Li J¹, Wei Z³, Sleiman PMA^2,4,5, Hakonarson H^2,4,5, Xia Q¹, Li J¹.

Author information

1

Department of Cell Biology, 2011 Collaborative Innovation Center of Tianjin for Medical Epigenetics, Tianjin Key Laboratory of Medical Epigenetics, Tianjin Medical University, Tianjin, China.

2

Center for Applied Genomics, The Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA, United States.

3

College of Computing Sciences, New Jersey Institute of Technology, University Heights, Newark, NJ, United States.

4

Division of Human Genetics, The Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA, United States.

5

Department of Pediatrics, The Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, PA, United States.

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is a complex neuropsychiatric disorder. A number of genetic risk loci have been identified for ASD from genome-wide association studies (GWAS); however, their target genes in relevant tissues and cell types remain to be investigated. The frontal cortex is a key region in the human brain for communication and cognitive function. To identify risk genes contributing to potential dysfunction in the frontal cortex of ASD patients, we took an in silico approach integrating multi-omics data. We first found genes with expression in frontal cortex tissue that correlates with ASD risk loci by leveraging expression quantitative trait loci (eQTLs) information. Among these genes, we then identified 76 genes showing significant differential expression in the frontal cortex between ASD cases and controls in microarray datasets and further replicated four genes with RNA-seq data. Among the ASD GWAS single nucleotide polymorphisms (SNPs) correlating with the 76 genes, 20 overlap with histone marks and 40 are associated with gene methylation level. Thus, through multi-omics data analyses, we identified genes that may work as target genes of ASD risk loci in the brain frontal cortex.

PMID:31447881

PMCID:PMC6696877

DOI:10.3389/fgene.2019.00707

Analyse basée sur les nouveaux gène ASD GWAS: aperçu du rôle biologique des gènes associés

Aperçu: G.M.

Contexte: 

Le trouble du spectre de l'autisme (TSA) est un trouble neurodéveloppemental caractérisé par son impact social important et sa forte héritabilité. La dernière méta-analyse de l'ASD GWAS (études d'association pangénomique) a révélé l'association de plusieurs SNP (singlenucleotide polymorphisms) répliqués dans des ensembles supplémentaires d'échantillons indépendants. Cependant, les statistiques résumées de GWAS peuvent être utilisées pour effectuer une analyse génétique (GBA). La GBA permet de combiner toutes les informations génétiques du gène pour créer une statistique unique (valeur p pour chaque gène). Ainsi, PASCAL (algorithme de notation Pathway), un nouvel outil de BGA, a été appliqué aux statistiques récapitulatives de la dernière méta-analyse du TSA . L’approche GBA (tester le gène en tant qu’unité) offre l’avantage d’avoir une vision précise des mécanismes biologiques des TSA. Par conséquent, une analyse de réseau de gènes et une analyse d'enrichissement pour les termes KEGG et GO ont été effectuées. GENE2FUNC a été utilisé pour créer des cartes thermiques d'expression génique et pour effectuer une analyse de l'expression différentielle (DEA) sur des tissus GTEx v7 et des données Brainspan. dbMDEGA a été utilisé pour effectuer une analyse DEG entre des échantillons de contrôle du cerveau et du cerveau pour les gènes associés et les interacteurs. 

Résultats: 

PASCAL a identifié les loci suivants associés aux TSA: XRN2, NKX2-4, PLK1S1, KCNN2, NKX2-2, CRHR1-IT1, C8orf74 et LOC644172. Bien que certains de ces gènes aient déjà été décrits par MAGMA (XRN2, PLK1S1 et KCNN2), PASCAL a été utile pour mettre en évidence des gènes supplémentaires. La caractérisation biologique des gènes associés aux TSA et de leurs interacteurs a démontré l'association de plusieurs termes GO et KEGG. De plus, l'analyse DEA a révélé plusieurs clusters régulés à la hausse et à la baisse. En outre, de nombreux gènes associés aux TSA et leurs interacteurs ont montré une association avec des ensembles de données d'expression du TSA.

Conclusions: 

Cette étude identifie plusieurs associations au niveau des gènes dans les TSA. La plupart d’entre eux avaient déjà été signalés par MAGMA. Ce fait prouve que PASCAL est un outil GBA efficace pour extraire des informations supplémentaires des versions précédentes de GWAS. De plus, cette étude a caractérisé pour la première fois le rôle biologique des gènes associés aux TSA dans les régions du cerveau, les stades du développement neurologique et les ensembles de données sur l'expression des gènes des TSA.

Front Genet. 2019 Aug 9;10:733. doi: 10.3389/fgene.2019.00733. eCollection 2019.

Novel Gene-Based Analysis of ASD GWAS: Insight Into the Biological Role of Associated Genes

Alonso-Gonzalez A¹, Calaza M¹, Rodriguez-Fontenla C², Carracedo A^1,2.

Author information

1

Grupo de Medicina Xenómica, Fundación Instituto de Investigación Sanitaria de Santiago de Compostela (FIDIS), Center for Research in Molecular Medicine and Chronic Diseases (CIMUS), Universidad de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, Spain.

2

Grupo de Medicina Genómica, CIBERER, CIMUS (Centre for Research in Molecular Medicine and Chronic Diseases), Universidade de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, Spain.

Abstract

Background: Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by its significant social impact and high heritability. The latest meta-analysis of ASD GWAS (genome-wide association studies) has revealed the association of several SNPs that were replicated in additional sets of independent samples. However, summary statistics from GWAS can be used to perform a gene-based analysis (GBA). GBA allows to combine all genetic information across the gene to create a single statistic (p-value for each gene). Thus, PASCAL (Pathway scoring algorithm), a novel GBA tool, has been applied to the summary statistics from the latest meta-analysis of ASD. GBA approach (testing the gene as a unit) provides an advantage to perform an accurate insight into the biological ASD mechanisms. Therefore, a gene-network analysis and an enrichment analysis for KEGG and GO terms were carried out. GENE2FUNC was used to create gene expression heatmaps and to carry out differential expression analysis (DEA) across GTEx v7 tissues and Brainspan data. dbMDEGA was employed to perform a DEG analysis between ASD and brain control samples for the associated genes and interactors. Results: PASCAL has identified the following loci associated with ASD: XRN2, NKX2-4, PLK1S1, KCNN2, NKX2-2, CRHR1-IT1, C8orf74 and LOC644172. While some of these genes were previously reported by MAGMA (XRN2, PLK1S1, and KCNN2), PASCAL has been useful to highlight additional genes. The biological characterization of the ASD-associated genes and their interactors have demonstrated the association of several GO and KEGG terms. Moreover, DEA analysis has revealed several up- and down-regulated clusters. In addition, many of the ASD-associated genes and their interactors have shown association with ASD expression datasets. Conclusions: This study identifies several associations at a gene level in ASD. Most of them were previously reported by MAGMA. This fact proves that PASCAL is an efficient GBA tool to extract additional information from previous GWAS. In addition, this study has characterized for the first time the biological role of the ASD-associated genes across brain regions, neurodevelopmental stages, and ASD gene-expression datasets.

PMID:31447886

PMCID:PMC6696953

DOI:10.3389/fgene.2019.00733

Une analyse transcriptomique intégrée du "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) ne constituent pas un trouble unique, mais un ensemble de troubles. Pour trouver des indices sur la pathogenèse des TSA dans les données transcriptomiques, nous avons effectué une analyse transcriptomique intégrée des TSA. 

Après un dépistage basé sur plusieurs standards de la base de données GEO (Gene Expression Omnibus), nous avons obtenu 11 séries de données transcriptomiques de différents tissus humains de patients avec un diagnostic de TSA et de contrôles sabs TSA. 

Une analyse d'échelle multidimensionnelle a révélé que les ensembles de données d'un même tissu présentaient une plus grande similitude que ceux de différents tissus. L'analyse d'enrichissement fonctionnel a démontré que les gènes exprimés différentiellement étaient considérablement enrichis en inflammation / réponse immunitaire, en fonction de la mitochondrie et en phosphorylation oxydative. 

Fait intéressant, les gènes enrichis en inflammation / réponse immunitaire étaient régulés positivement dans les tissus cérébraux et régulés négativement dans le sang. En outre, la prédiction des médicaments a fourni plusieurs composés susceptibles d'inverser les profils d'expression génique des patients atteints de TSA. Nous avons également reproduit les méthodes et les critères d'analyse transcriptomique avec des ensembles de données de modèles animaux et de contrôles sans TSA. 

Les résultats des modèles animaux ont consolidé les résultats de l'analyse transcriptomique de tissus humains de TSA. 

En général, les résultats de notre étude peuvent fournir aux chercheurs un nouveau regard sur la compréhension de l'étiologie des TSA et aux cliniciens les possibilités de développement de thérapies médicales.

Sci Rep. 2019 Aug 14;9(1):11818. doi: 10.1038/s41598-019-48160-x.

An integrated transcriptomic analysis of autism spectrum disorder

He Y^1,2, Zhou Y¹, Ma W³, Wang J^4,5.

Author information

1

Department of Biomedical Informatics, School of Basic Medical Sciences, Peking University, Beijing, 100191, China.

2

Autism Research Center of Peking University Health Science Center, Beijing, 100191, China.

3

The Sixth Medical Center, Chinese PLA General Hospital, Beijing, 100048, China.

4

Department of Biomedical Informatics, School of Basic Medical Sciences, Peking University, Beijing, 100191, China. wjuan@hsc.pku.edu.cn.

5

Autism Research Center of Peking University Health Science Center, Beijing, 100191, China. wjuan@hsc.pku.edu.cn.

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is not a single disease but a set of disorders. To find clues of ASD pathogenesis in transcriptomic data, we performed an integrated transcriptomic analysis of ASD. After screening based on several standards in Gene Expression Omnibus (GEO) database, we obtained 11 series of transcriptomic data of different human tissues of ASD patients and healthy controls. Multidimensional scaling analysis revealed that datasets from the same tissue had bigger similarity than from different tissues. Functional enrichment analysis demonstrated that differential expressed genes were significantly enriched in inflammation/immune response, mitochondrion-related function and oxidative phosphorylation. Interestingly, genes enriched in inflammation/immune response were up-regulated in the brain tissues and down-regulated in the blood. In addition, drug prediction provided several compounds which might reverse gene expression profiles of ASD patients. And we also replicated the methods and criteria of transcriptomic analysis with datasets of ASD animal models and healthy controls, the results from animal models consolidated the results of transcriptomic analysis of ASD human tissues. In general, the results of our study may provide researchers a new sight of understanding the etiology of ASD and clinicians the possibilities of developing medical therapies.

PMID:31413321

DOI:10.1038/s41598-019-48160-x

Génération de sept lignées iPSC à partir de cellules mononucléées du sang périphérique pouvant être utilisées pour étudier les "troubles du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Nous avons généré et caractérisé sept lignées de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (iPSC) dérivées de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) appartenant à une seule famille, y compris des personnes non atteintes et affectées cliniquement diagnostiquées avec un "trouble du spectre de l'autisme" (dTSA). La reprogrammation des PBMC a été réalisée à l'aide du virus Sendai non intégratif contenant les facteurs de reprogrammation POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4 et MYC. 

Toutes les lignées iPSC présentaient un caryotype normal et la pluripotence était validée par immunofluorescence, cytométrie en flux et leur capacité à se différencier dans les trois couches germinales embryonnaires. 

Ces lignées iPSC constituent une ressource précieuse pour l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents des TSA.

Stem Cell Res. 2019 Aug 1;39:101516. doi: 10.1016/j.scr.2019.101516.

Generation of seven iPSC lines from peripheral blood mononuclear cells suitable to investigate Autism Spectrum Disorder

Bozaoglu K¹, Gao Y¹, Stanley E², Fanjul-Fernández M³, Brown NJ⁴, Pope K⁵, Green CC⁶, Vlahos K⁷, Sourris K⁷, Bahlo M⁸, Delatycki M³, Scheffer I⁹, Lockhart PJ¹⁰.

Author information

1

Bruce Lefroy Centre for Genetic Health Research, Murdoch Children's Research Institute, Melbourne, Victoria 3052, Australia; Department of Paediatrics, University of Melbourne, Parkville, Australia.

2

Department of Paediatrics, University of Melbourne, Parkville, Australia; Murdoch Children's Research Institute, Parkville, Australia; Department of Anatomy and Developmental Biology, Monash University, Clayton, Victoria 3800, Australia.

3

Bruce Lefroy Centre for Genetic Health Research, Murdoch Children's Research Institute, Melbourne, Victoria 3052, Australia; Department of Paediatrics, University of Melbourne, Parkville, Australia; Victorian Clinical Genetics Services, Victoria, Australia.

4

Victorian Clinical Genetics Services, Victoria, Australia.

5

Bruce Lefroy Centre for Genetic Health Research, Murdoch Children's Research Institute, Melbourne, Victoria 3052, Australia.

6

Olga Tennison Autism Research Centre, School of Psychology and Public Health, La Trobe University, Bundoora, Victoria, Australia; Department of Medicine, Austin Health, The University of Melbourne, Heidelberg, Victoria, Australia.

7

Murdoch Children's Research Institute, Parkville, Australia.

8

The Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Melbourne, Australia; Department of Medical Biology, University of Melbourne, Melbourne, Australia.

9

Department of Paediatrics, University of Melbourne, Parkville, Australia; Department of Medicine, University of Melbourne, Austin Health, Melbourne, VIC, Australia; Florey Institute, Melbourne, VIC, Australia; Department of Neurology, Royal Children's Hospital, Melbourne, Australia.

10

Bruce Lefroy Centre for Genetic Health Research, Murdoch Children's Research Institute, Melbourne, Victoria 3052, Australia; Department of Paediatrics, University of Melbourne, Parkville, Australia. Electronic address: paul.lockhart@mcri.edu.au

Abstract

We have generated and characterized seven human induced pluripotent stem cell (iPSC) lines derived from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from a single family, including unaffected and affected individuals clinically diagnosed with Autism Spectrum Disorder (ASD). The reprogramming of the PBMCs was performed using non-integrative Sendai virus containing the reprogramming factors POU5F1 (OCT4), SOX2, KLF4 and MYC. All iPSC lines exhibited a normal karyotype and pluripotency was validated by immunofluorescence, flow cytometry and their ability to differentiate into the three embryonic germ layers. These iPSC lines are a valuable resource to study the molecular mechanisms underlying ASD.

Copyright © 2019 The Authors. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

PMID:31415975

DOI:10.1016/j.scr.2019.101516

Impact des consultations de génétique clinique sur site sur le taux de diagnostic chez les enfants et les jeunes adultes autistes

Aperçu: G.M.

Contexte:
Les investigations neurogénétiques et le rendement diagnostique chez les patients présentant un "trouble du spectre de l'autisme"(TSA) se sont considérablement améliorés au cours des dernières années. Pourtant, de nombreux patients ne font toujours pas l'objet d'investigations systématiques.
Les méthodes:
Pour améliorer l’accès aux services, une équipe ambulatoire a été mise en place depuis 1998. Elle organise des consultations sur place en génétique clinique et modernise progressivement les services fournis à 502 enfants et jeunes adultes avec un diagnostic de TSA (dfTSA) dans leur environnement standard dans 26 hôpitaux de jour et institutions spécialisées du Grand Nord en  Région parisienne. L'évaluation comprenait une consultation en génétique clinique, le dépistage du syndrome de l'X fragile, un bilan métabolique, une analyse par micropuce chromosomique et, chez un certain nombre de patients, le séquençage de nouvelle génération des gènes décrits dans le TSA et d'autres troubles du développement neurologique.
Résultats:
Le syndrome du X fragile et les variantes du nombre de copies pathogènes (NVC) représentaient 10% des cas, dont 4/312 (1,3%) atteints du syndrome du X fragile et 34/388 (8,8%),  atteints de CNV pathogènes (19 novo et 4 hérité). Il est important de noter que l'ajout d'un reséquençage à haut débit des gènes de déficience intellectuelle / TSA signalés à la procédure de dépistage a eu un impact majeur sur le rendement du diagnostic chez les 141 patients examinés le plus récemment. Des variants de séquence pathogènes ou probables pathogènes dans 27 gènes de maladie ont été identifiés chez 33/141 patients (23,4%; 23 étaient de novo et 10 hérités, dont cinq variants hétérozygotes composés liés à l'X et cinq récessifs). 

Les cas diagnostiqués présentaient un TSA atypique et / ou syndromique avec une déficience intellectuelle modérée à sévère. Le rendement diagnostique du syndrome du X fragile et du test de CGH en réseau associé au séquençage de nouvelle génération était significativement plus élevé que celui du syndrome du X fragile et du CGH en matrice seul (valeur p = 0,009). Aucune erreur innée du métabolisme n’a été décelée lors du dépistage métabolique.

Conclusion:
Sur la base du taux de diagnostic observé dans cette cohorte, nous suggérons d’envisager une procédure par étapes, consistant en un premier dépistage des CNV pathogènes et un nombre limité de gènes du trouble chez un nombre beaucoup plus grand de patients, en particulier ceux avec un TSA syndromique et une déficience intellectuelle. 

Mol Autism. 2019 Aug 7;10:33. doi: 10.1186/s13229-019-0284-2. eCollection 2019.

Impact of on-site clinical genetics consultations on diagnostic rate in children and young adults with autism spectrum disorder

Munnich A¹, Demily C², Frugère L³, Duwime C³, Malan V⁴, Barcia G⁴, Vidal C⁵, Throo E⁵, Besmond C⁶, Hubert L⁶, Roland-Manuel G⁷, Malen JP⁷, Ferreri M⁷, Hanein S⁶, Thalabard JC⁸, Boddaert N⁹, Assouline M⁷.

Author information

1

Fédération de Génétique Médicale, Institute Imagine, Inserm, Université Paris-Descartes, Hôpital Necker Enfants-Malades, Fondation Elan Retrouvé, Paris, France.

2

2Centre de Reference Maladies Rares GénoPsy, Centre Hospitalier le Vinatier, Institut Marc Jeannerod, Bron, France.

3

3Hôpital Necker Enfants-Malades, Fondation Elan Retrouvé, Paris, France.

4

Fédération de Génétique Médicale, Institute Imagine, Inserm, Université Paris-Descartes, Hôpital Necker Enfants-Malades, Paris, France.

5

Institute Imagine, Inserm, Université Paris-Descartes, Hôpital Necker Enfants-Malades, Fondation Elan Retrouvé, Paris, France.

6

Institute Imagine, Inserm, Université Paris-Descartes, Hôpital Necker Enfants-Malades, Paris, France.

7

Fondation Elan Retrouvé, Paris, France.

8

MAP5, CNRS, Université Paris-Descartes, Paris, France.

9

Department of Pediatric Radiology, Institute Imagine, Inserm, Université Paris-Descartes, Hôpital Necker Enfants-Malades, Paris, France.

Abstract

Background:

Neurogenetics investigations and diagnostic yield in patients with autism spectrum disorder (ASD) have significantly improved over the last few years. Yet, many patients still fail to be systematically investigated.

Methods:

To improve access to services, an ambulatory team has been established since 1998, delivering on-site clinical genetics consultations and gradually upgrading services to 502 children and young adults with ASD in their standard environment across 26 day-care hospitals and specialized institutions within the Greater Paris region. The evaluation included a clinical genetics consultation, screening for fragile X syndrome, metabolic workup, chromosomal microarray analysis, and, in a proportion of patients, next-generation sequencing of genes reported in ASD and other neurodevelopmental disorders.

Results:

Fragile X syndrome and pathogenic copy number variants (CNVs) accounted for the disease in 10% of cases, including 4/312 (1.3%) with fragile X syndrome and 34/388 (8.8%) with pathogenic CNVs (19 de novo and 4 inherited). Importantly, adding high-throughput resequencing of reported intellectual disability/ASD genes to the screening procedure had a major impact on diagnostic yield in the 141 patients examined most recently. Pathogenic or likely pathogenic sequence variants in 27 disease genes were identified in 33/141 patients (23.4%; 23 were de novo and 10 inherited, including five X-linked and five recessive compound heterozygous variants). Diagnosed cases presented atypical and/or syndromic ASD with moderate to severe intellectual disability. The diagnostic yield of fragile X syndrome and array CGH testing combined with next-generation sequencing was significantly higher than fragile X syndrome and array CGH alone (p value 0.009). No inborn errors of metabolism were detected with the metabolic screening.

Conclusion:

Based on the diagnostic rate observed in this cohort, we suggest that a stepwise procedure be considered, first screening pathogenic CNVs and a limited number of disease genes in a much larger number of patients, especially those with syndromic ASD and intellectual disability.

KEYWORDS:

Autism spectrum disorder; Copy number variant; Fragile X syndrome; Gene panel; Genetic counseling; Genetic diagnosis; Microarray; Next-generation sequencing; Sequence variant

PMID:31406558

PMCID:PMC6686526

DOI:10.1186/s13229-019-0284-2