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.

Several lines of evidence point to genetic involvement in autism spectrum disorders (ASDs), neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by impaired verbal communication and social interaction. The clinical and genetic complexities of the condition make it difficult to identify susceptibility factors, but two related studies now present robust evidence for a genetic involvement. The first, a genome-wide association study, identifies six single-nucleotide polymorphisms strongly associated with autism. These variants lie between two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules (cadherins 9 and 10), suggesting possible involvement in ASD pathogenesis. The second study used copy number variation screens to identify genetic variants in two major gene pathways in children with ASDs. The changes are in the ubiquitin pathway, which has previously been associated with neurological disease, and in genes for neuronal cell-adhesion molecules. Autism spectrum disorders (ASDs) are neurodevelopmental disorders characterized by impairments in social and communication skills. Accumulating evidence suggests a genetic component to ASDs, and here a two-stage, genome-wide approach is used to identify candidate genomic loci enriched in ASD cases. The majority of these loci are found to be involved in neuronal adhesion and ubiquitin degradation, suggesting novel susceptibility mechanisms. Autism spectrum disorders (ASDs) are childhood neurodevelopmental disorders with complex genetic origins1,2,3,4. Previous studies focusing on candidate genes or genomic regions have identified several copy number variations (CNVs) that are associated with an increased risk of ASDs5,6,7,8,9. Here we present the results from a whole-genome CNV study on a cohort of 859 ASD cases and 1,409 healthy children of European ancestry who were genotyped with ∼550,000 single nucleotide polymorphism markers, in an attempt to comprehensively identify CNVs conferring susceptibility to ASDs. Positive findings were evaluated in an independent cohort of 1,336 ASD cases and 1,110 controls of European ancestry. Besides previously reported ASD candidate genes, such as NRXN1 (ref. 10) and CNTN4 (refs 11, 12), several new susceptibility genes encoding neuronal cell-adhesion molecules, including NLGN1 and ASTN2, were enriched with CNVs in ASD cases compared to controls (P = 9.5 × 10-3). Furthermore, CNVs within or surrounding genes involved in the ubiquitin pathways, including UBE3A, PARK2, RFWD2 and FBXO40, were affected by CNVs not observed in controls (P = 3.3 × 10-3). We also identified duplications 55 kilobases upstream of complementary DNA AK123120 (P = 3.6 × 10-6). Although these variants may be individually rare, they target genes involved in neuronal cell-adhesion or ubiquitin degradation, indicating that these two important gene networks expressed within the central nervous system may contribute to the genetic susceptibility of ASD.

Autism spectrum disorders (ASDs) are common, heritable neurodevelopmental conditions. The genetic architecture of ASDs is complex, requiring large samples to overcome heterogeneity. Here we broaden coverage and sample size relative to other studies of ASDs by using Affymetrix 10K SNP arrays and 1,181 families with at least two affected individuals, performing the largest linkage scan to date while also analyzing copy number variation in these families. Linkage and copy number variation analyses implicate chromosome 11p12–p13 and neurexins, respectively, among other candidate loci. Neurexins team with previously implicated neuroligins for glutamatergic synaptogenesis, highlighting glutamate-related genes as promising candidates for contributing to ASDs.

The brain activation of a group of high-functioning autistic participants was measured using functional magnetic resonance imaging during the performance of a Tower of London task, in comparison with a control group matched with respect to intelligent quotient, age, and gender. The 2 groups generally activated the same cortical areas to similar degrees. However, there were 3 indications of underconnectivity in the group with autism. First, the degree of synchronization (i.e., the functional connectivity or the correlation of the time series of the activation) between the frontal and parietal areas of activation was lower for the autistic than the control participants. Second, relevant parts of the corpus callosum, through which many of the bilaterally activated cortical areas communicate, were smaller in cross-sectional area in the autistic participants. Third, within the autism group but not within the control group, the size of the genu of the corpus callosum was correlated with frontal–parietal functional connectivity. These findings suggest that the neural basis of altered cognition in autism entails a lower degree of integration of information across certain cortical areas resulting from reduced intracortical connectivity. The results add support to a new theory of cortical underconnectivity in autism, which posits a deficit in integration of information at the neural and cognitive levels.

Autism is a common disorder of childhood, affecting 1 in 500 children. Yet, it often remains unrecognized and undiagnosed until or after late preschool age because appropriate tools for routine developmental screening and screening specifically for autism have not been available. Early identification of children with autism and intensive, early intervention during the toddler and preschool years improves outcome for most young children with autism. This practice parameter reviews the available empirical evidence and gives specific recommendations for the identification of children with autism. This approach requires a dual process: 1) routine developmental surveillance and screening specifically for autism to be performed on all children to first identify those at risk for any type of atypical development, and to identify those specifically at risk for autism; and 2) to diagnose and evaluate autism, to differentiate autism from other developmental disorders.

Autism spectrum disorders (ASDs) represent a group of childhood neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by deficits in verbal communication, impairment of social interaction, and restricted and repetitive patterns of interests and behaviour. To identify common genetic risk factors underlying ASDs, here we present the results of genome-wide association studies on a cohort of 780 families (3,101 subjects) with affected children, and a second cohort of 1,204 affected subjects and 6,491 control subjects, all of whom were of European ancestry. Six single nucleotide polymorphisms between cadherin 10 (CDH10) and cadherin 9 (CDH9)—two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules—revealed strong association signals, with the most significant SNP being rs4307059 (P = 3.4 × 10-8, odds ratio = 1.19). These signals were replicated in two independent cohorts, with combined P values ranging from 7.4 × 10-8 to 2.1 × 10-10. Our results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of ASDs, and represent, to our knowledge, the first demonstration of genome-wide significant association of common variants with susceptibility to ASDs. Several lines of evidence point to genetic involvement in autism spectrum disorders (ASDs), neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by impaired verbal communication and social interaction. The clinical and genetic complexities of the condition make it difficult to identify susceptibility factors, but two related studies now present robust evidence for a genetic involvement. The first, a genome-wide association study, identifies six single-nucleotide polymorphisms strongly associated with autism. These variants lie between two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules (cadherins 9 and 10), suggesting possible involvement in ASD pathogenesis. The second study used copy number variation screens to identify genetic variants in two major gene pathways in children with ASDs. The changes are in the ubiquitin pathway, which has previously been associated with neurological disease, and in genes for neuronal cell-adhesion molecules. Although structural variation has been previously associated with autism spectrum disorders, this study reports a genome-wide significant association of common variants with susceptibility to this disorder group. The results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of this group of neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders.

Rare copy-number variation (CNV) is an important source of risk for autism spectrum disorders (ASDs). We analyzed 2,446 ASD-affected families and confirmed an excess of genic deletions and duplications in affected versus control groups (1.41-fold, p = 1.0 × 10−5) and an increase in affected subjects carrying exonic pathogenic CNVs overlapping known loci associated with dominant or X-linked ASD and intellectual disability (odds ratio = 12.62, p = 2.7 × 10−15, ∼3% of ASD subjects). Pathogenic CNVs, often showing variable expressivity, included rare de novo and inherited events at 36 loci, implicating ASD-associated genes (CHD2, HDAC4, and GDI1) previously linked to other neurodevelopmental disorders, as well as other genes such as SETD5, MIR137, and HDAC9. Consistent with hypothesized gender-specific modulators, females with ASD were more likely to have highly penetrant CNVs (p = 0.017) and were also overrepresented among subjects with fragile X syndrome protein targets (p = 0.02). Genes affected by de novo CNVs and/or loss-of-function single-nucleotide variants converged on networks related to neuronal signaling and development, synapse function, and chromatin regulation. Rare copy-number variation (CNV) is an important source of risk for autism spectrum disorders (ASDs). We analyzed 2,446 ASD-affected families and confirmed an excess of genic deletions and duplications in affected versus control groups (1.41-fold, p = 1.0 × 10−5) and an increase in affected subjects carrying exonic pathogenic CNVs overlapping known loci associated with dominant or X-linked ASD and intellectual disability (odds ratio = 12.62, p = 2.7 × 10−15, ∼3% of ASD subjects). Pathogenic CNVs, often showing variable expressivity, included rare de novo and inherited events at 36 loci, implicating ASD-associated genes (CHD2, HDAC4, and GDI1) previously linked to other neurodevelopmental disorders, as well as other genes such as SETD5, MIR137, and HDAC9. Consistent with hypothesized gender-specific modulators, females with ASD were more likely to have highly penetrant CNVs (p = 0.017) and were also overrepresented among subjects with fragile X syndrome protein targets (p = 0.02). Genes affected by de novo CNVs and/or loss-of-function single-nucleotide variants converged on networks related to neuronal signaling and development, synapse function, and chromatin regulation.

Cognitive and brain maturational changes continue throughout late childhood and adolescence. During this time, increasing cognitive control over behavior enhances the voluntary suppression of reflexive/impulsive response tendencies. Recently, with the advent of functional MRI, it has become possible to characterize changes in brain activity during cognitive development. In order to investigate the cognitive and brain maturation subserving the ability to voluntarily suppress context-inappropriate behavior, we tested 8–30 year olds in an oculomotor response–suppression task. Behavioral results indicated that adult-like ability to inhibit prepotent responses matured gradually through childhood and adolescence. Functional MRI results indicated that brain activation in frontal, parietal, striatal, and thalamic regions increased progressively from childhood to adulthood. Prefrontal cortex was more active in adolescents than in children or adults; adults demonstrated greater activation in the lateral cerebellum than younger subjects. These results suggest that efficient top-down modulation of reflexive acts may not be fully developed until adulthood and provide evidence that maturation of function across widely distributed brain regions lays the groundwork for enhanced voluntary control of behavior during cognitive development.