Autism spectrum disorders (ASD) are characterized by impairment in social interactions, communication deficits, and restricted repetitive interests and behaviors. A potential role for immune dysfunction has been suggested in ASD. To test this hypothesis, we investigated evidence of differential cytokine release in plasma samples obtained from 2 to 5 year-old children with ASD compared with age-matched typically developing (TD) children and children with developmental disabilities other than autism (DD). Participants were recruited as part of the population based case-control CHARGE (Childhood Autism Risks from Genetics and Environment) study and included: 97 participants with a confirmed diagnosis of ASD using standard assessments (DSM IV criteria and ADOS, ADI-R), 87 confirmed TD controls, and 39 confirmed DD controls. Plasma was isolated and cytokine production was assessed by multiplex Luminex™ analysis. Observations indicate significant increases in plasma levels of a number of cytokines, including IL-1β, IL-6, IL-8 and IL-12p40 in the ASD group compared with TD controls (p<0.04). Moreover, when the ASD group was separated based on the onset of symptoms, it was noted that the increased cytokine levels were predominantly in children who had a regressive form of ASD. In addition, increasing cytokine levels were associated with more impaired communication and aberrant behaviors. In conclusion, using larger number of participants than previous studies, we report significantly shifted cytokine profiles in ASD. These findings suggest that ongoing inflammatory responses may be linked to disturbances in behavior and require confirmation in larger replication studies. The characterization of immunological parameters in ASD has important implications for diagnosis, and should be considered when designing therapeutic strategies to treat core symptoms and behavioral impairments of ASD.

Xestospongins (Xe's) A, C, D, araguspongine B, and demethylxestospongin B, a group of macrocyclic bis-1-oxaquinolizidines isolated from the Australian sponge, Xestospongia species, are shown to be potent blockers of IP3-mediated Ca2+ release from endoplasmic reticulum vesicles of rabbit cerebellum. XeC blocks IP3-induced Ca2+ release (IC50 = 358 nM) without interacting with the IP3-binding site, suggesting a mechanism that is independent of the IP3 effector site. Analysis of Pheochormocytoma cells and primary astrocytes loaded with Ca2+-sensitive dye reveals that XeC selectively blocks bradykinin- and carbamylcholine-induced Ca2+ efflux from endoplasmic reticulum stores. Xe's represent a new class of potent, membrane permeable IP3 receptor blockers exhibiting a high selectivity over ryanodine receptors. Xe's are a valuable tool for investigating the structure and function of IP3 receptors and Ca2+ signaling in neuronal and nonneuronal cells.

Context

Impaired mitochondrial function may influence processes highly dependent on energy, such as neurodevelopment, and contribute to autism. No studies have evaluated mitochondrial dysfunction and mitochondrial DNA (mtDNA) abnormalities in a well-defined population of children with autism.

Objective

To evaluate mitochondrial defects in children with autism.

Design, Setting, and Patients

Observational study using data collected from patients aged 2 to 5 years who were a subset of children participating in the Childhood Autism Risk From Genes and Environment study in California, which is a population-based, case-control investigation with confirmed autism cases and age-matched, genetically unrelated, typically developing controls, that was launched in 2003 and is still ongoing. Mitochondrial dysfunction and mtDNA abnormalities were evaluated in lymphocytes from 10 children with autism and 10 controls.

Main Outcome Measures

Oxidative phosphorylation capacity, mtDNA copy number and deletions, mitochondrial rate of hydrogen peroxide production, and plasma lactate and pyruvate.

Results

The reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) oxidase activity (normalized to citrate synthase activity) in lymphocytic mitochondria from children with autism was significantly lower compared with controls (mean, 4.4 [95% confidence interval {CI}, 2.8-6.0] vs 12 [95% CI, 8-16], respectively; P = .001). The majority of children with autism (6 of 10) had complex I activity below control range values. Higher plasma pyruvate levels were found in children with autism compared with controls (0.23 mM [95% CI, 0.15-0.31 mM] vs 0.08 mM [95% CI, 0.04-0.12 mM], respectively; P = .02). Eight of 10 cases had higher pyruvate levels but only 2 cases had higher lactate levels compared with controls. These results were consistent with the lower pyruvate dehydrogenase activity observed in children with autism compared with controls (1.0 [95% CI, 0.6-1.4] nmol × [min × mg protein]⁻¹ vs 2.3 [95% CI, 1.7-2.9] nmol × [min × mg protein]⁻¹, respectively; P = .01). Children with autism had higher mitochondrial rates of hydrogen peroxide production compared with controls (0.34 [95% CI, 0.26-0.42] nmol × [min × mg of protein]⁻¹ vs 0.16 [95% CI, 0.12-0.20] nmol × [min × mg protein]⁻¹ by complex III; P = .02). Mitochondrial DNA overreplication was found in 5 cases (mean ratio of mtDNA to nuclear DNA: 239 [95% CI, 217-239] vs 179 [95% CI, 165-193] in controls; P = 10⁻⁴). Deletions at the segment of cytochrome b were observed in 2 cases (ratio of cytochrome b to ND1: 0.80 [95% CI, 0.68-0.92] vs 0.99 [95% CI, 0.93-1.05] for controls; P = .01).

Conclusion

In this exploratory study, children with autism were more likely to have mitochondrial dysfunction, mtDNA overreplication, and mtDNA deletions than typically developing children.

Causes and contributing factors for autism are poorly understood. Evidence suggests that prevalence is rising, but the extent to which diagnostic changes and improvements in ascertainment contribute to this increase is unclear. Both genetic and environmental factors are likely to contribute etiologically. Evidence from twin, family, and genetic studies supports a role for an inherited predisposition to the development of autism. Nonetheless, clinical, neuroanatomic, neurophysiologic, and epidemiologic studies suggest that gene penetrance and expression may be influenced, in some cases strongly, by the prenatal and early postnatal environmental milieu. Sporadic studies link autism to xenobiotic chemicals and/or viruses, but few methodologically rigorous investigations have been undertaken. In light of major gaps in understanding of autism, a large case–control investigation of underlying environmental and genetic causes for autism and triggers of regression has been launched. The CHARGE (Childhood Autism Risks from Genetics and Environment) study will address a wide spectrum of chemical and biologic exposures, susceptibility factors, and their interactions. Phenotypic variation among children with autism will be explored, as will similarities and differences with developmental delay. The CHARGE study infrastructure includes detailed developmental assessments, medical information, questionnaire data, and biologic specimens. The CHARGE study is linked to University of California–Davis Center for Children's Environmental Health laboratories in immunology, xenobiotic measurement, cell signaling, genomics, and proteomics. The goals, study design, and data collection protocols are described, as well as preliminary demographic data on study participants and on diagnoses of those recruited through the California Department of Developmental Services Regional Center System.

BackgroundConcerns have been raised about the biological and toxicologic effects of the antimicrobials triclocarban (TCC) and triclosan (TCS) in personal care products. Few studies have evaluated their biological activities in mammalian cells to assess their potential for adverse effects.ObjectivesIn this study, we assessed the activity of TCC, its analogs, and TCS in in vitro nuclear-receptor–responsive and calcium signaling bioassays.Materials and methodsWe determined the biological activities of the compounds in in vitro, cell-based, and nuclear-receptor–responsive bioassays for receptors for aryl hydrocarbon (AhR), estrogen (ER), androgen (AR), and ryanodine (RyR1).ResultsSome carbanilide compounds, including TCC (1–10 μM), enhanced estradiol (E2)-dependent or testosterone-dependent activation of ER- and AR-responsive gene expression up to 2.5-fold but exhibited little or no agonistic activity alone. Some carbanilides and TCS exhibited weak agonistic and/or antagonistic activity in the AhR-responsive bioassay. TCS exhibited antagonistic activity in both ER- and AR-responsive bioassays. TCS (0.1–10 μM) significantly enhanced the binding of [3H]ryanodine to RyR1 and caused elevation of resting cytosolic [Ca2+] in primary skeletal myotubes, but carbanilides had no effect.ConclusionsCarbanilides, including TCC, enhanced hormone-dependent induction of ER- and AR-dependent gene expression but had little agonist activity, suggesting a new mechanism of action of endocrine-disrupting compounds. TCS, structurally similar to noncoplanar ortho-substituted poly-chlorinated biphenyls, exhibited weak AhR activity but interacted with RyR1 and stimulated Ca2+ mobilization. These observations have potential implications for human and animal health. Further investigations are needed into the biological and toxicologic effects of TCC, its analogs, and TCS.

Autism spectrum disorders (ASDs) are neurodevelopmental in origin, affecting an estimated 1 in 88 children in the United States. We previously described ASD-specific maternal autoantibodies that recognize fetal brain antigens. Herein, we demonstrate that lactate dehydrogenase A and B (LDH), cypin, stress-induced phosphoprotein 1 (STIP1), collapsin response mediator proteins 1 and 2 (CRMP1, CRMP2) and Y-box-binding protein to comprise the seven primary antigens of maternal autoantibody-related (MAR) autism. Exclusive reactivity to specific antigen combinations was noted in 23% of mothers of ASD children and only 1% of controls. ASD children from mothers with specific reactivity to LDH, STIP1 and CRMP1 and/or cypin (7% vs 0% in controls; P<0.0002; odds ratios of 24.2 (95% confidence interval: 1.45-405)) had elevated stereotypical behaviors compared with ASD children from mothers lacking these antibodies. We describe the first panel of clinically significant biomarkers with over 99% specificity for autism risk thereby advancing our understanding of the etiologic mechanisms and therapeutic possibilities for MAR autism.

Abstract Acute exposure to high concentrations of hydrogen sulfide (H 2 S) leads to sudden death and, if survived, lingering neurological disorders. Clinical signs include seizures, loss of consciousness, and dyspnea. The proximate mechanisms underlying H 2 S-induced acute toxicity and death have not been clearly elucidated. We investigated electrocerebral, cardiac and respiratory activity during H 2 S exposure using EEG, EKG and plethysmography. H 2 S suppressed electrocerebral activity and disrupted breathing. Cardiac activity was comparatively less affected. To test whether Ca 2+ dysregulation contributes to H 2 S-induced EEG suppression, we developed an in vitro real-time rapid throughput assay measuring patterns of spontaneous synchronized Ca 2+ oscillations in cultured primary cortical neuronal (PCN) networks loaded with the indicator Fluo-4 using the fluorescent imaging plate reader (FLIPR-Tetra ® ). Sulfide >5 ppm dysregulated SCO patterns in a dose-dependent manner. Inhibitors of NMDA and AMPA receptors magnified H 2 S-induced SCO suppression. Inhibitors of L-type voltage gated Ca 2+ channels (VGCC) and transient receptor potential (TRP) channels prevented H 2 S-induced SCO suppression. Inhibitors of T-type VGCC, ryanodine receptors, and sodium channels had no measurable influence on H 2 S-induced SCO suppression. Exposures to >5 ppm sulfide also suppressed neuronal electrical activity in PCN measured by multi-electrode array (MEA), an effect alleviated by pretreatment with the nonselective TRP inhibitor 2-APB. The TRP inhibitor also reduced PCN cell death from sulfide exposure. These results improve our understanding of the role of different Ca 2+ channels in acute H 2 S-induced neurotoxicity and identify TRP channel modulators as novel structures with potential therapeutic benefits.