Abstract Structural brain alterations found in Autism Spectrum Disorder (ASD) have previously been very heterogeneous, with overall limited effect sizes for every region implicated. In this study, we aimed at exploring the existence of subgroups in ASD, based on neuroanatomic profiles; we hypothesized that effect sizes of case/control difference would be increased in defined subgroups. Using the dataset from the ENIGMA-ASD Working Group (n=2661), exploratory factor analysis (EFA) was applied on seven subcortical volumes of individuals with ASD and controls to uncover the underlying organization of subcortical structures. Based on earlier findings in ADHD patients and controls as well as data availability, we focused on three age groups: boys (aged 4-14 years), male adolescents (aged 14-22 years), and adult men (aged >=22 years). The resulting factor scores were used in a community detection (CD) analysis, to cluster participants into subgroups. Three factors were found in each sample, with the factor structure in adult men differing from that in boys and male adolescents. From the patterns in these factors, CD uncovered four distinct communities in boys and three communities in adolescents and adult men, irrespective of ASD diagnostic status. The effect sizes of case/control comparisons appeared more pronounced than in the whole sample in some communities. Based on subcortical volumes, we succeeded in stratifying our participants into more homogeneous subgroups with similar brain structural patterns. The stratification enhanced our ability to observe case/control differences of subcortical brain volumes in ASD, and may help explain some of the heterogeneity of previous findings in ASD.

Cortical thickness, surface area and volumes (MRI cortical measures) vary with age and cognitive function, and in neurological and psychiatric diseases. We examined heritability, genetic correlations and genome-wide associations of cortical measures across the whole cortex, and in 34 anatomically predefined regions. Our discovery sample comprised 22,824 individuals from 20 cohorts within the Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology (CHARGE) consortium and the United Kingdom Biobank. Significant associations were replicated in the Enhancing Neuroimaging Genetics through Meta-analysis (ENIGMA) consortium, and their biological implications explored using bioinformatic annotation and pathway analyses. We identified genetic heterogeneity between cortical measures and brain regions, and 160 genome-wide significant associations pointing to wnt/β-catenin, TGF-β and sonic hedgehog pathways. There was enrichment for genes involved in anthropometric traits, hindbrain development, vascular and neurodegenerative disease and psychiatric conditions. These data are a rich resource for studies of the biological mechanisms behind cortical development and aging.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a common and highly heritable neurodevelopmental disorder with a complex pathophysiology, where genetic risk is hypothesized to be mediated by alterations in structure and function of diverse brain networks. We tested one aspect of this hypothesis by investigating the genetic overlap between ADHD (n=55,374) and (mainly subcortical) brain volumes (n=11,221-24,704), using the largest publicly available studies. At the level of common variant genetic architecture, we discovered a significant negative genetic correlation between ADHD and intracranial volume (ICV). Meta-analysis of individual variants found significant loci associated with both ADHD risk and ICV; additional loci were identified for ADHD and amygdala, caudate nucleus, and putamen volumes. Gene-set analysis in the ADHD-ICV meta-analytic data showed significant association with variation in neurite outgrowth-related genes. In summary, our results suggest new hypotheses about biological mechanisms involved in ADHD etiology and highlight the need to study additional brain parameters.

The cerebral cortex underlies our complex cognitive capabilities, yet we know little about the specific genetic loci influencing human cortical structure. To identify genetic variants, including structural variants, impacting cortical structure, we conducted a genome-wide association meta-analysis of brain MRI data from 51,662 individuals. We analysed the surface area and average thickness of the whole cortex and 34 regions with known functional specialisations. We identified 255 nominally significant loci ( P ≤ 5 × 10−8); 199 survived multiple testing correction ( P ≤ 8.3 × 10−10; 187 surface area; 12 thickness). We found significant enrichment for loci influencing total surface area within regulatory elements active during prenatal cortical development, supporting the radial unit hypothesis. Loci impacting regional surface area cluster near genes in Wnt signalling pathways, known to influence progenitor expansion and areal identity. Variation in cortical structure is genetically correlated with cognitive function, Parkinson’s disease, insomnia, depression and ADHD.One Sentence Summary Common genetic variation is associated with inter-individual variation in the structure of the human cortex, both globally and within specific regions, and is shared with genetic risk factors for some neuropsychiatric disorders.

The radial unit hypothesis provides a framework for global (proliferation) and regional (distribution) expansion of the primate cerebral cortex. Using principal component analysis (PCA), we have identified cortical regions with shared variance in their surface area and cortical thickness, respectively, segmented from magnetic resonance images obtained in 23,800 participants. We then carried out meta-analyses of genome-wide association studies of the first two principal components for each phenotype. For surface area (but not cortical thickness), we have detected strong associations between each of the components and single nucleotide polymorphisms in a number of gene loci. The first (global) component was associated mainly with loci on chromosome 17 (9.5e-32 ≤ p ≤ 2.8e-10), including those detected previously as linked with intracranial volume and/or general cognitive function. The second (regional) component captured shared variation in the surface area of the primary and adjacent secondary visual cortices and showed a robust association with polymorphisms in a locus on chromosome 14 containing Disheveled Associated Activator of Morphogenesis 1 ( DAAM1 ; p =2.4e-34). DAAM1 is a key component in the planar-cell-polarity signaling pathway. In follow-up studies, we have focused on the latter finding and established that: (1) DAAM1 is highly expressed between 12th and 22nd post-conception weeks in the human cerebral cortex; (2) genes co-expressed with DAAM1 in the primary visual cortex are enriched in mitochondria-related pathways; and (3) volume of the lateral geniculate nucleus, which projects to regions of the visual cortex staining for cytochrome oxidase (a mitochondrial enzyme), correlates with the surface area of the visual cortex in major-allele homozygotes but not in carriers of the minor allele. Altogether, we speculate that, in concert with thalamocortical input to cortical subplate, DAAM1 enables migration of neurons to cytochrome-oxidase rich regions of the visual cortex, and, in turn, facilitates regional expansion of this set of cortical regions during development.

Objective: Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a common, highly heritable neuropsychiatric disorder. ADHD often co-occurs with Intellectual Disability (ID), and shared overlapping genetics have been suggested. This study aimed to identify novel ADHD genes by investigating whether genes carrying rare mutations linked to ID contribute to ADHD risk through common genetic variants. Validation and characterization of candidates were performed using Drosophila melanogaster. Method: Common genetic variants in a diagnostic gene panel of 396 autosomal ID genes were tested for association with ADHD risk, through gene-set and gene-wide analyses, using ADHD meta-analytic data of the Psychiatric Genomics Consortium (n=19,210) for discovery and iPSYCH ADHD data for replication (n=37,076). The significant genes were functionally validated and characterized in Drosophila by assessing locomotor activity and sleep upon knockdown of those genes in brain circuits. Results: The ID gene-set was significantly associated with ADHD risk in the discovery and replication data-sets. The three genes most consistently associated were MEF2C, ST3GAL3, and TRAPPC9. Performing functional characterization of the two evolutionary conserved genes in Drosophila melanogaster, we found their knockdown in dopaminergic (dMEF2) and circadian neurons (dTRAPPC9) to result in increased locomotor activity and reduced sleep, concordant with the human phenotype. Conclusions: This study reveals that a large set of ID-related genes contributes to ADHD risk through effects of common alleles. Utilizing this continuity, we identified TRAPPC9, MEF2C, and ST3GAL3 as novel ADHD candidate genes. Characterization in Drosophila suggests that TRAPPC9 and MEF2C contribute to ADHD-related behavior through distinct neural substrates.

Background: Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a prevalent neurodevelopmental disorder in children and adults. Neuroanatomic heterogeneity limits our understanding of the etiology of ADHD. This study aimed to parse neuroanatomic heterogeneity of ADHD, and to determine whether subgroups could be discerned in patients based on subcortical volumes. Methods: Using the dataset from the ENIGMA-ADHD Working Group, we applied exploratory factor analysis (EFA) to subcortical volumes of 993 boys with and without ADHD, and to subsamples of 653 adult men, 400 girls, and 447 women. Factor scores derived from the EFA were used to build networks. A community detection (CD) algorithm clustered participants into subgroups based on the networks. Results: Three factors (basal ganglia, limbic system, and thalamus) were found in boys and men with and without ADHD. The factor structures for girls and women differed from those in males. Given sample size considerations, we concentrated subsequent analyses on males. Male participants could be separated into four communities, though Community 3 was absent in healthy men. Significantly case-control differences of subcortical volumes were observed within communities in boys with increased effect sizes, but not in men. While we found no significant differences in ADHD symptom severity between communities in boys or men; affected men in Community 1 and 4 presented comorbidities more frequently than those in other communities. Conclusion: Our results indicate that neuroanatomic heterogeneity in subcortical volumes exists, irrespective of ADHD diagnosis. Effect sizes of case-control differences appear more pronounced at least in some of the subgroups.