We tested the hypothesis that de novo copy number variation (CNV) is associated with autism spectrum disorders (ASDs). We performed comparative genomic hybridization (CGH) on the genomic DNA of patients and unaffected subjects to detect copy number variants not present in their respective parents. Candidate genomic regions were validated by higher-resolution CGH, paternity testing, cytogenetics, fluorescence in situ hybridization, and microsatellite genotyping. Confirmed de novo CNVs were significantly associated with autism (P = 0.0005). Such CNVs were identified in 12 out of 118 (10%) of patients with sporadic autism, in 2 out of 77 (3%) of patients with an affected first-degree relative, and in 2 out of 196 (1%) of controls. Most de novo CNVs were smaller than microscopic resolution. Affected genomic regions were highly heterogeneous and included mutations of single genes. These findings establish de novo germline mutation as a more significant risk factor for ASD than previously recognized.

The dentate granule cell layer of the rodent hippocampal formation has the distinctive property of ongoing neurogenesis that continues throughout adult life. In both human temporal lobe epilepsy and rodent models of limbic epilepsy, this same neuronal population undergoes extensive remodeling, including reorganization of mossy fibers, dispersion of the granule cell layer, and the appearance of granule cells in ectopic locations within the dentate gyrus. The mechanistic basis of these abnormalities, as well as their potential relationship to dentate granule cell neurogenesis, is unknown. We used a systemic chemoconvulsant model of temporal lobe epilepsy and bromodeoxyuridine (BrdU) labeling to investigate the effects of prolonged seizures on dentate granule cell neurogenesis in adult rats, and to examine the contribution of newly differentiated dentate granule cells to the network changes seen in this model. Pilocarpine-induced status epilepticus caused a dramatic and prolonged increase in cell proliferation in the dentate subgranular proliferative zone (SGZ), an area known to contain neuronal precursor cells. Colocalization of BrdU-immunolabeled cells with the neuron-specific markers turned on after division, 64 kDa, class III beta-tubulin, or microtubule-associated protein-2 showed that the vast majority of these mitotically active cells differentiated into neurons in the granule cell layer. Newly generated dentate granule cells also appeared in ectopic locations in the hilus and inner molecular layer of the dentate gyrus. Furthermore, developing granule cells projected axons aberrantly to both the CA3 pyramidal cell region and the dentate inner molecular layer. Induction of hippocampal seizure activity by perforant path stimulation resulted in an increase in SGZ mitotic activity similar to that seen with pilocarpine administration. These observations indicate that prolonged seizure discharges stimulate dentate granule cell neurogenesis, and that hippocampal network plasticity associated with epileptogenesis may arise from aberrant connections formed by newly born dentate granule cells.

Pediatric brain tumors are significant causes of morbidity and mortality. It has been hypothesized that they derive from self-renewing multipotent neural stem cells. Here, we tested whether different pediatric brain tumors, including medulloblastomas and gliomas, contain cells with properties similar to neural stem cells. We find that tumor-derived progenitors form neurospheres that can be passaged at clonal density and are able to self-renew. Under conditions promoting differentiation, individual cells are multipotent, giving rise to both neurons and glia, in proportions that reflect the tumor of origin. Unlike normal neural stem cells, however, tumor-derived progenitors have an unusual capacity to proliferate and sometimes differentiate into abnormal cells with multiple differentiation markers. Gene expression analysis reveals that both whole tumors and tumor-derived neurospheres express many genes characteristic of neural and other stem cells, including CD133, Sox2 , musashi-1, bmi-1 , maternal embryonic leucine zipper kinase, and phosphoserine phosphatase, with variation from tumor to tumor. After grafting to neonatal rat brains, tumor-derived neurosphere cells migrate, produce neurons and glia, and continue to proliferate for more than 4 weeks. The results show that pediatric brain tumors contain neural stem-like cells with altered characteristics that may contribute to tumorigenesis. This finding may have important implications for treatment by means of specific targeting of stem-like cells within brain tumors.

Despite high heritability, autism is genetically very heterogeneous. This raises the question of whether there are many different pathologies presenting as autistic spectrum disorder (ASD), or whether the myriad genetic causes converge on a few biological pathways affected in most individuals, which could be therapeutically targeted. A study using transcriptome and gene co-expression network analysis suggests that the latter, convergent model is the case. The gene expression patterns that typically distinguish frontal and temporal cortex are much less pronounced in the ASD brain, and specific splicing abnormalities and modules of co-expressed genes associated with autism are enriched for previously identified genetic association signals. This points to transcriptional and splicing dysregulation as underlying mechanisms of neuronal dysfunction in this disorder. Autism spectrum disorder (ASD) is a common, highly heritable neurodevelopmental condition characterized by marked genetic heterogeneity1,2,3. Thus, a fundamental question is whether autism represents an aetiologically heterogeneous disorder in which the myriad genetic or environmental risk factors perturb common underlying molecular pathways in the brain4. Here, we demonstrate consistent differences in transcriptome organization between autistic and normal brain by gene co-expression network analysis. Remarkably, regional patterns of gene expression that typically distinguish frontal and temporal cortex are significantly attenuated in the ASD brain, suggesting abnormalities in cortical patterning. We further identify discrete modules of co-expressed genes associated with autism: a neuronal module enriched for known autism susceptibility genes, including the neuronal specific splicing factor A2BP1 (also known as FOX1), and a module enriched for immune genes and glial markers. Using high-throughput RNA sequencing we demonstrate dysregulated splicing of A2BP1-dependent alternative exons in the ASD brain. Moreover, using a published autism genome-wide association study (GWAS) data set, we show that the neuronal module is enriched for genetically associated variants, providing independent support for the causal involvement of these genes in autism. In contrast, the immune-glial module showed no enrichment for autism GWAS signals, indicating a non-genetic aetiology for this process. Collectively, our results provide strong evidence for convergent molecular abnormalities in ASD, and implicate transcriptional and splicing dysregulation as underlying mechanisms of neuronal dysfunction in this disorder.

Summary

 We present the largest exome sequencing study of autism spectrum disorder (ASD) to date (n = 35,584 total samples, 11,986 with ASD). Using an enhanced analytical framework to integrate de novo and case-control rare variation, we identify 102 risk genes at a false discovery rate of 0.1 or less. Of these genes, 49 show higher frequencies of disruptive de novo variants in individuals ascertained to have severe neurodevelopmental delay, whereas 53 show higher frequencies in individuals ascertained to have ASD; comparing ASD cases with mutations in these groups reveals phenotypic differences. Expressed early in brain development, most risk genes have roles in regulation of gene expression or neuronal communication (i.e., mutations effect neurodevelopmental and neurophysiological changes), and 13 fall within loci recurrently hit by copy number variants. In cells from the human cortex, expression of risk genes is enriched in excitatory and inhibitory neuronal lineages, consistent with multiple paths to an excitatory-inhibitory imbalance underlying ASD.

Brainstorming diseases Consistent classification of neuropsychiatric diseases is problematic because it can lead to misunderstanding of etiology. The Brainstorm Consortium examined multiple genome-wide association studies drawn from more than 200,000 patients for 25 brain-associated disorders and 17 phenotypes. Broadly, it appears that psychiatric and neurologic disorders share relatively little common genetic risk. However, different and independent pathways can result in similar clinical manifestations (e.g., psychosis, which occurs in both schizophrenia and Alzheimer's disease). Schizophrenia correlated with many psychiatric disorders, whereas the immunopathological affliction Crohn's disease did not, and posttraumatic stress syndrome was also largely independent of underlying traits. Essentially, the earlier the onset of a disorder, the more inheritable it appeared to be. Science , this issue p. eaap8757