We performed a comprehensive assessment of rare inherited variation in autism spectrum disorder (ASD) by analyzing whole-genome sequences of 2,308 individuals from families with multiple affected children. We implicate 69 genes in ASD risk, including 24 passing genome-wide Bonferroni correction and 16 new ASD risk genes, most supported by rare inherited variants, a substantial extension of previous findings. Biological pathways enriched for genes harboring inherited variants represent cytoskeletal organization and ion transport, which are distinct from pathways implicated in previous studies. Nevertheless, the de novo and inherited genes contribute to a common protein-protein interaction network. We also identified structural variants (SVs) affecting non-coding regions, implicating recurrent deletions in the promoters of DLG2 and NR3C2. Loss of nr3c2 function in zebrafish disrupts sleep and social function, overlapping with human ASD-related phenotypes. These data support the utility of studying multiplex families in ASD and are available through the Hartwell Autism Research and Technology portal.

Abstract The most significant common variant association for schizophrenia (SCZ) reflects increased expression of the complement component 4A ( C4A ). Yet, it remains unclear how C4A interacts with other SCZ risk genes and whether the complement system is more broadly implicated in SCZ pathogenesis. Here, we integrate several existing, large-scale genetic and transcriptomic datasets to interrogate the functional role of the complement system and C4A in the human brain. Surprisingly, we find no significant genetic enrichment among known complement system genes for SCZ. Conversely, brain co-expression network analyses using C4A as a seed gene revealed that genes down-regulated when C4A expression increased exhibit strong and specific genetic enrichment for SCZ risk. This convergent genomic signal reflected neuronal, synaptic processes and was sexually dimorphic and most prominent in frontal cortical brain regions. Overall, these results indicate that synaptic pathways—rather than the complement system—are the driving force conferring SCZ risk.

Genetic studies of autism spectrum disorder (ASD) have revealed a complex, heterogeneous architecture, in which the contribution of rare inherited variation remains relatively un-explored. We performed whole-genome sequencing (WGS) in 2,308 individuals from families containing multiple affected children, including analysis of single nucleotide variants (SNV) and structural variants (SV). We identified 16 new ASD-risk genes, including many supported by inherited variation, and provide statistical support for 69 genes in total, including previously implicated genes. These risk genes are enriched in pathways involving negative regulation of synaptic transmission and organelle organization. We identify a significant protein-protein interaction (PPI) network seeded by inherited, predicted damaging variants disrupting highly constrained genes, including members of the BAF complex and established ASD risk genes. Analysis of WGS also identified SVs effecting non-coding regulatory regions in developing human brain, implicating NR3C2 and a recurrent 2.5Kb deletion within the promoter of DLG2. These data lend support to studying multiplex families for identifying inherited risk for ASD. We provide these data through the Hartwell Autism Research and Technology Initiative (iHART), an open access cloud-computing repository for ASD genetics research.

Transcript sequencing of patient derived samples has been shown to improve the diagnostic yield for solving cases of likely Mendelian disorders, yet the added benefit of full-length long-read transcript sequencing is largely unexplored.We applied short-read and full-length isoform cDNA sequencing and mitochondrial functional studies to a patient-derived fibroblast cell line from an individual with neuropathy that previously lacked a molecular diagnosis.We identified an intronic homozygous MFN2 c.600-31T>G variant that disrupts a branch point critical for intron 6 spicing. Full-length long-read isoform cDNA sequencing after treatment with a nonsense-mediated mRNA decay (NMD) inhibitor revealed that this variant creates five distinct altered splicing transcripts. All five altered splicing transcripts have disrupted open reading frames and are subject to NMD. Furthermore, a patient-derived fibroblast line demonstrated abnormal lipid droplet formation, consistent with MFN2 dysfunction. Although correctly spliced full-length MFN2 transcripts are still produced, this branch point variant results in deficient MFN2 protein levels and autosomal recessive Charcot-Marie-Tooth disease, axonal, type 2A (CMT2A).This case highlights the utility of full-length isoform sequencing for characterizing the molecular mechanism of undiagnosed rare diseases and expands our understanding of the genetic basis for CMT2A.