The autism spectrum disorders (ASDs) are a group of conditions typically characterized by repetitive behaviour, severely restricted interests and difficulties with social interactions and communication. ASDs are highly heritable, yet the underlying genetic determinants remain largely unknown. A genome-wide analysis reveals that people with ASDs carry a higher load of rare copy-number variants — segments of DNA for which the copy number differs between individual genomes — which are either inherited or arise de novo. The results implicate several novel genes as ASD candidates and point to the importance of cellular proliferation, projection and motility as well as specific signalling pathways in this disorder. The autistic spectrum disorders (ASDs) are highly heritable, yet the underlying genetic determinants remain largely unknown. Here, a genome-wide analysis of rare copy number variants (CNVs) has been carried out, revealing that ASD sufferers carry a higher load of rare, genic CNVs than do controls. Many of these CNVs are de novo and inherited. The results implicate several novel genes in ASDs, and point to the importance of cellular proliferation, projection and motility, as well as specific signalling pathways, in these disorders. The autism spectrum disorders (ASDs) are a group of conditions characterized by impairments in reciprocal social interaction and communication, and the presence of restricted and repetitive behaviours1. Individuals with an ASD vary greatly in cognitive development, which can range from above average to intellectual disability2. Although ASDs are known to be highly heritable (∼90%)3, the underlying genetic determinants are still largely unknown. Here we analysed the genome-wide characteristics of rare (<1% frequency) copy number variation in ASD using dense genotyping arrays. When comparing 996 ASD individuals of European ancestry to 1,287 matched controls, cases were found to carry a higher global burden of rare, genic copy number variants (CNVs) (1.19 fold, P = 0.012), especially so for loci previously implicated in either ASD and/or intellectual disability (1.69 fold, P = 3.4 × 10-4). Among the CNVs there were numerous de novo and inherited events, sometimes in combination in a given family, implicating many novel ASD genes such as SHANK2, SYNGAP1, DLGAP2 and the X-linked DDX53–PTCHD1 locus. We also discovered an enrichment of CNVs disrupting functional gene sets involved in cellular proliferation, projection and motility, and GTPase/Ras signalling. Our results reveal many new genetic and functional targets in ASD that may lead to final connected pathways.

Summary. One-cell CF-1 × B6SJLF1/J embryos, which usually exhibit a 2-cell block to development in vitro, have been cultured to the blastocyst stage using CZB medium and a glucose washing procedure. CZB medium is a further modification of modified BMOC-2 containing an increased lactate/pyruvate ratio of 116, 1 mm-glutamine and 0·1 mm-EDTA but lacking glucose. Continuous culture of one-cell embryos in CZB medium allowed 83% of embryos to develop beyond the 2-cell stage of which 63% were morulae at 72 h of culture, but blastocysts did not develop. However, washing embryos into CZB medium containing glucose after 48 h of culture (3-4-cell stage) was sufficient to allow development to proceed, with 48% of embryos reaching the blastocyst stage by 96 h of culture. Exposure of embryos to glucose was only necessary from the 3–4-cell stage through the early morula stage since washing back into medium CZB without glucose at 72 h of culture still promoted the development of 50% of embryos to the blastocyst stage. The presence of glucose in this medium for the first 48 h of culture (1-cell to 4-cell stage) was detrimental to embryo development. Glutamine, however, exerted a beneficial effect on embryo development from the 1-cell to the 4-cell stage although its presence was not required for development to proceed during the final 48 h of culture. Blastocysts which developed under optimum conditions contained an average of 33·7 total cells. The in-vitro development of 1-cell embryos beyond the 2-cell stage in response to the removal of glucose and the addition of glutamine to the culture medium suggests that glucose may block some essential metabolic process, and that glutamine may be a preferred energy substrate during early development for these mouse embryos. Keywords: mouse; embryo; 2-cell block; glutamine; glucose

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.

Yuen et al. developed a cloud-based database with 5,205 whole genomes from families with autism spectrum disorder (ASD). They identified 18 new candidate ASD-risk genes and approximately 100 risk genes and copy-number loci, which account for 11% of the cases. They also found that individuals bearing mutations in ASD-risk genes had lower adaptive ability. We are performing whole-genome sequencing of families with autism spectrum disorder (ASD) to build a resource (MSSNG) for subcategorizing the phenotypes and underlying genetic factors involved. Here we report sequencing of 5,205 samples from families with ASD, accompanied by clinical information, creating a database accessible on a cloud platform and through a controlled-access internet portal. We found an average of 73.8 de novo single nucleotide variants and 12.6 de novo insertions and deletions or copy number variations per ASD subject. We identified 18 new candidate ASD-risk genes and found that participants bearing mutations in susceptibility genes had significantly lower adaptive ability (P = 6 × 10−4). In 294 of 2,620 (11.2%) of ASD cases, a molecular basis could be determined and 7.2% of these carried copy number variations and/or chromosomal abnormalities, emphasizing the importance of detecting all forms of genetic variation as diagnostic and therapeutic targets in ASD.

Although autism spectrum disorders (ASDs) have a substantial genetic basis, most of the known genetic risk has been traced to rare variants, principally copy number variants (CNVs). To identify common risk variation, the Autism Genome Project (AGP) Consortium genotyped 1558 rigorously defined ASD families for 1 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and analyzed these SNP genotypes for association with ASD. In one of four primary association analyses, the association signal for marker rs4141463, located within MACROD2, crossed the genome-wide association significance threshold of P < 5 × 10−8. When a smaller replication sample was analyzed, the risk allele at rs4141463 was again over-transmitted; yet, consistent with the winner's curse, its effect size in the replication sample was much smaller; and, for the combined samples, the association signal barely fell below the P < 5 × 10−8 threshold. Exploratory analyses of phenotypic subtypes yielded no significant associations after correction for multiple testing. They did, however, yield strong signals within several genes, KIAA0564, PLD5, POU6F2, ST8SIA2 and TAF1C.

Autism Spectrum Disorder (ASD) demonstrates high heritability and familial clustering, yet the genetic causes remain only partially understood as a result of extensive clinical and genomic heterogeneity. Whole-genome sequencing (WGS) shows promise as a tool for identifying ASD risk genes as well as unreported mutations in known loci, but an assessment of its full utility in an ASD group has not been performed. We used WGS to examine 32 families with ASD to detect de novo or rare inherited genetic variants predicted to be deleterious (loss-of-function and damaging missense mutations). Among ASD probands, we identified deleterious de novo mutations in six of 32 (19%) families and X-linked or autosomal inherited alterations in ten of 32 (31%) families (some had combinations of mutations). The proportion of families identified with such putative mutations was larger than has been previously reported; this yield was in part due to the comprehensive and uniform coverage afforded by WGS. Deleterious variants were found in four unrecognized, nine known, and eight candidate ASD risk genes. Examples include CAPRIN1 and AFF2 (both linked to FMR1, which is involved in fragile X syndrome), VIP (involved in social-cognitive deficits), and other genes such as SCN2A and KCNQ2 (linked to epilepsy), NRXN1, and CHD7, which causes ASD-associated CHARGE syndrome. Taken together, these results suggest that WGS and thorough bioinformatic analyses for de novo and rare inherited mutations will improve the detection of genetic variants likely to be associated with ASD or its accompanying clinical symptoms. Autism Spectrum Disorder (ASD) demonstrates high heritability and familial clustering, yet the genetic causes remain only partially understood as a result of extensive clinical and genomic heterogeneity. Whole-genome sequencing (WGS) shows promise as a tool for identifying ASD risk genes as well as unreported mutations in known loci, but an assessment of its full utility in an ASD group has not been performed. We used WGS to examine 32 families with ASD to detect de novo or rare inherited genetic variants predicted to be deleterious (loss-of-function and damaging missense mutations). Among ASD probands, we identified deleterious de novo mutations in six of 32 (19%) families and X-linked or autosomal inherited alterations in ten of 32 (31%) families (some had combinations of mutations). The proportion of families identified with such putative mutations was larger than has been previously reported; this yield was in part due to the comprehensive and uniform coverage afforded by WGS. Deleterious variants were found in four unrecognized, nine known, and eight candidate ASD risk genes. Examples include CAPRIN1 and AFF2 (both linked to FMR1, which is involved in fragile X syndrome), VIP (involved in social-cognitive deficits), and other genes such as SCN2A and KCNQ2 (linked to epilepsy), NRXN1, and CHD7, which causes ASD-associated CHARGE syndrome. Taken together, these results suggest that WGS and thorough bioinformatic analyses for de novo and rare inherited mutations will improve the detection of genetic variants likely to be associated with ASD or its accompanying clinical symptoms.

The use of genome-wide tests to provide molecular diagnosis for individuals with autism spectrum disorder (ASD) requires more study.To perform chromosomal microarray analysis (CMA) and whole-exome sequencing (WES) in a heterogeneous group of children with ASD to determine the molecular diagnostic yield of these tests in a sample typical of a developmental pediatric clinic.The sample consisted of 258 consecutively ascertained unrelated children with ASD who underwent detailed assessments to define morphology scores based on the presence of major congenital abnormalities and minor physical anomalies. The children were recruited between 2008 and 2013 in Newfoundland and Labrador, Canada. The probands were stratified into 3 groups of increasing morphological severity: essential, equivocal, and complex (scores of 0-3, 4-5, and ≥6).All probands underwent CMA, with WES performed for 95 proband-parent trios.The overall molecular diagnostic yield for CMA and WES in a population-based ASD sample stratified in 3 phenotypic groups.Of 258 probands, 24 (9.3%, 95%CI, 6.1%-13.5%) received a molecular diagnosis from CMA and 8 of 95 (8.4%, 95%CI, 3.7%-15.9%) from WES. The yields were statistically different between the morphological groups. Among the children who underwent both CMA and WES testing, the estimated proportion with an identifiable genetic etiology was 15.8% (95%CI, 9.1%-24.7%; 15/95 children). This included 2 children who received molecular diagnoses from both tests. The combined yield was significantly higher in the complex group when compared with the essential group (pairwise comparison, P = .002). [table: see text].Among a heterogeneous sample of children with ASD, the molecular diagnostic yields of CMA and WES were comparable, and the combined molecular diagnostic yield was higher in children with more complex morphological phenotypes in comparison with the children in the essential category. If replicated in additional populations, these findings may inform appropriate selection of molecular diagnostic testing for children affected by ASD.