Little is known about the role of non-coding regions in the etiology of autism spectrum disorder (ASD). We examined three classes of non-coding regions: human accelerated regions (HARs), which show signatures of positive selection in humans; experimentally validated neural VISTA enhancers (VEs); and conserved regions predicted to act as neural enhancers (CNEs). Targeted and whole-genome analysis of >16,600 samples and >4,900 ASD probands revealed that likely recessive, rare, inherited variants in HARs, VEs, and CNEs substantially contribute to ASD risk in probands whose parents share ancestry, which enriches for recessive contributions, but modestly contribute, if at all, in simplex family structures. We identified multiple patient variants in HARs near IL1RAPL1 and in VEs near OTX1 and SIM1 and showed that they change enhancer activity. Our results implicate both human-evolved and evolutionarily conserved non-coding regions in ASD risk and suggest potential mechanisms of how regulatory changes can modulate social behavior.

Abstract Schizophrenia (SCZ) is a complex neuropsychiatric disorder in which both germline genetic mutations and maternal factors, such as infection and immune activation, have been implicated, but how these two strikingly different mechanisms might converge on the same phenotype is unknown. During development, cells accumulate somatic, mosaic mutations in ways that can be shaped by the cellular environment or endogenous processes, but these early developmental mutational patterns have not been studied in SCZ. Here we analyzed deep (267x) whole-genome sequencing (WGS) of DNA from cerebral cortical neurons isolated from 61 SCZ and 25 control postmortem brains to capture mutations occurring before or during fetal neurogenesis. SCZ cases showed a >15% increase in genome-wide sSNV compared to controls (p < 2e-10). Remarkably, mosaic T>G mutations and CpG transversions (CpG>GpG or CpG>ApG) were 79- and 62-fold enriched, respectively, at transcription factor binding sites (TFBS) in SCZ, but not in controls. The pattern of T>G mutations resembles mutational processes in cancer attributed to oxidative damage that is sterically blocked from DNA repair by transcription factors (TFs) bound to damaged DNA. The CpG transversions similarly suggest unfinished DNA demethylation resulting in abasic sites that can also be blocked from repair by bound TFs. Allele frequency analysis suggests that both localized mutational spikes occur in the first trimester. We call this prenatal mutational process “ skiagenesis ” (from the Greek skia , meaning shadow), as these mutations occur in the shadow of bound TFs. Skiagenesis reflects as-yet unidentified prenatal factors and is associated with SCZ risk in a subset (∼13%) of cases. In turn, mutational disruption of key TFBS active in fetal brain is well positioned to create SCZ-specific gene dysregulation in concert with germline risk genes. Skiagenesis provides a fingerprint for exploring how epigenomic regulation and prenatal factors such as maternal infection or immune activation may shape the developmental mutational landscape of human brain.

Transposon-derived transcripts are abundant in RNA sequences, yet their landscape and function, especially for fusion transcripts derived from unannotated or somatically acquired transposons, remains underexplored. Here, we developed a new bioinformatic tool to detect transposon-fusion transcripts in RNA-sequencing data and performed a pan-cancer analysis of 10,257 cancer samples across 34 cancer types as well as 3,088 normal tissue samples. We identified 52,277 cancer-specific fusions with ~30 events per cancer and hotspot loci within transposons vulnerable to fusion formation. Exonization of intronic transposons was the most prevalent genic fusions, while somatic L1 insertions constituted a small fraction of cancer-specific fusions. Source L1s and HERVs, but not Alus showed decreased DNA methylation in cancer upon fusion formation. Overall cancer-specific L1 fusions were enriched in tumor suppressors while Alu fusions were enriched in oncogenes, including recurrent Alu fusions in EZH2 predictive of patient survival. We also demonstrated that transposon-derived peptides triggered CD8+ T-cell activation to the extent comparable to EBV viruses. Our findings reveal distinct epigenetic and tumorigenic mechanisms underlying transposon fusions across different families and highlight transposons as novel therapeutic targets and the source of potent neoantigens.

With the significant shift in the classification, risk stratification, and standards of care for gliomas, we sought to understand how the overall survival of patients with these tumors is impacted by molecular features, clinical metrics, and treatment received.