Autism spectrum disorders (ASDs) represent a group of childhood neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by deficits in verbal communication, impairment of social interaction, and restricted and repetitive patterns of interests and behaviour. To identify common genetic risk factors underlying ASDs, here we present the results of genome-wide association studies on a cohort of 780 families (3,101 subjects) with affected children, and a second cohort of 1,204 affected subjects and 6,491 control subjects, all of whom were of European ancestry. Six single nucleotide polymorphisms between cadherin 10 (CDH10) and cadherin 9 (CDH9)—two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules—revealed strong association signals, with the most significant SNP being rs4307059 (P = 3.4 × 10-8, odds ratio = 1.19). These signals were replicated in two independent cohorts, with combined P values ranging from 7.4 × 10-8 to 2.1 × 10-10. Our results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of ASDs, and represent, to our knowledge, the first demonstration of genome-wide significant association of common variants with susceptibility to ASDs. Several lines of evidence point to genetic involvement in autism spectrum disorders (ASDs), neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders characterized by impaired verbal communication and social interaction. The clinical and genetic complexities of the condition make it difficult to identify susceptibility factors, but two related studies now present robust evidence for a genetic involvement. The first, a genome-wide association study, identifies six single-nucleotide polymorphisms strongly associated with autism. These variants lie between two genes encoding neuronal cell-adhesion molecules (cadherins 9 and 10), suggesting possible involvement in ASD pathogenesis. The second study used copy number variation screens to identify genetic variants in two major gene pathways in children with ASDs. The changes are in the ubiquitin pathway, which has previously been associated with neurological disease, and in genes for neuronal cell-adhesion molecules. Although structural variation has been previously associated with autism spectrum disorders, this study reports a genome-wide significant association of common variants with susceptibility to this disorder group. The results implicate neuronal cell-adhesion molecules in the pathogenesis of this group of neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders.

Although many genes predisposing to autism spectrum disorders (ASD) have been identified, the biological mechanism(s) remain unclear. Mouse models based on human disease-causing mutations provide the potential for understanding gene function and novel treatment development. Here, we characterize a mouse knockout of the Cntnap2 gene, which is strongly associated with ASD and allied neurodevelopmental disorders. Cntnap2−/− mice show deficits in the three core ASD behavioral domains, as well as hyperactivity and epileptic seizures, as have been reported in humans with CNTNAP2 mutations. Neuropathological and physiological analyses of these mice before the onset of seizures reveal neuronal migration abnormalities, reduced number of interneurons, and abnormal neuronal network activity. In addition, treatment with the FDA-approved drug risperidone ameliorates the targeted repetitive behaviors in the mutant mice. These data demonstrate a functional role for CNTNAP2 in brain development and provide a new tool for mechanistic and therapeutic research in ASD.PaperFlickeyJraWQiOiI4ZjUxYWNhY2IzYjhiNjNlNzFlYmIzYWFmYTU5NmZmYyIsImFsZyI6IlJTMjU2In0.eyJzdWIiOiJjN2IyOWY3M2ZkMmU4NGUzOGFkYzdhYTU4OGJlMjY2MSIsImtpZCI6IjhmNTFhY2FjYjNiOGI2M2U3MWViYjNhYWZhNTk2ZmZjIiwiZXhwIjoxNjc4MDIwNzk3fQ.pwqIZ7-C_9Ce5MllyZzpYrMxkxmaSuUUEg2Z2LEIjeSmbu4nf5HPDMXaz29vKx25rI8D-8Qe3KOVyIa4AOw-_rGlUj8qw32RCrNCcXCC7eWdiqBRehr6Z6EZIu0wusAy7UibcTHSNgzEkMmOWuRRqUuanJ9S2L0xmJpg7vfIuo5Y54eB_oXCMcJkqr_8ttfkAd3hdCo91oc7Lrk3UZzPTxrkDCnUinb_-Kg9vemT_Y7aas2YUpA_szOO-WR50vMh5poVUEIdv3C1FYqL2RW9l-uv1EvBkabRgdAwVbFuAPcZ-JE2YnFABeMJhcAEi-pNDW8PLPCqH4F0ohLPwoOFLg(mp4, (16.71 MB) Download video

Mice carrying a genetic mutation that causes autistic symptoms show improved sociability after being treated with oxytocin, a hormone promoting mothering and trust.

Loss of function mutations in CNTNAP2 cause a syndromic form of autism spectrum disorder (ASD) in humans and produce social deficits, repetitive behaviors, and seizures in mice. Yet, the functional effects of these mutations at the cellular and circuit level remain elusive. Using laser scanning photostimulation, whole-cell recordings, and electron microscopy, we found a dramatic decrease in functional excitatory and inhibitory synaptic inputs in L2/3 medial prefrontal cortex (mPFC) of Cntnap2 knock-out (KO) mice. In accordance with decreased synaptic input, KO mice displayed reduced spine and synapse densities, despite normal intrinsic excitability and dendritic complexity. To determine how this decrease in synaptic inputs alters coordination of neuronal firing patterns in vivo, we recorded mPFC local field potentials (LFP) and unit spiking in head-fixed mice during locomotion and rest. In KO mice, LFP power was not significantly altered at all tested frequencies, but inhibitory neurons showed delayed phase-firing and reduced phase-locking to delta and theta oscillations during locomotion. Excitatory neurons showed similar changes but only to delta oscillations. These findings suggest that profound ASD-related alterations in synaptic inputs can yield perturbed temporal coordination of cortical ensembles.

Friedreich's ataxia (FRDA), the most common inherited ataxia, is caused by recessive mutations that reduce the levels of frataxin (FXN), a mitochondrial iron binding protein. We developed an inducible mouse model of Fxn deficiency that enabled us to control the onset and progression of disease phenotypes by the modulation of Fxn levels. Systemic knockdown of Fxn in adult mice led to multiple phenotypes paralleling those observed in human patients across multiple organ systems. By reversing knockdown after clinical features appear, we were able to determine to what extent observed phenotypes represent reversible cellular dysfunction. Remarkably, upon restoration of near wild-type FXN levels, we observed significant recovery of function, associated pathology and transcriptomic dysregulation even after substantial motor dysfunction and pathology were observed. This model will be of broad utility in therapeutic development and in refining our understanding of the relative contribution of reversible cellular dysfunction at different stages in disease.