Summary

 We present the largest exome sequencing study of autism spectrum disorder (ASD) to date (n = 35,584 total samples, 11,986 with ASD). Using an enhanced analytical framework to integrate de novo and case-control rare variation, we identify 102 risk genes at a false discovery rate of 0.1 or less. Of these genes, 49 show higher frequencies of disruptive de novo variants in individuals ascertained to have severe neurodevelopmental delay, whereas 53 show higher frequencies in individuals ascertained to have ASD; comparing ASD cases with mutations in these groups reveals phenotypic differences. Expressed early in brain development, most risk genes have roles in regulation of gene expression or neuronal communication (i.e., mutations effect neurodevelopmental and neurophysiological changes), and 13 fall within loci recurrently hit by copy number variants. In cells from the human cortex, expression of risk genes is enriched in excitatory and inhibitory neuronal lineages, consistent with multiple paths to an excitatory-inhibitory imbalance underlying ASD.

We present the largest exome sequencing study of autism spectrum disorder (ASD) to date (n=35,584 total samples, 11,986 with ASD). Using an enhanced Bayesian framework to integrate de novo and case-control rare variation, we identify 102 risk genes at a false discovery rate ≤ 0.1. Of these genes, 49 show higher frequencies of disruptive de novo variants in individuals ascertained for severe neurodevelopmental delay, while 53 show higher frequencies in individuals ascertained for ASD; comparing ASD cases with mutations in these groups reveals phenotypic differences. Expressed early in brain development, most of the risk genes have roles in regulation of gene expression or neuronal communication (i.e., mutations effect neurodevelopmental and neurophysiological changes), and 13 fall within loci recurrently hit by copy number variants. In human cortex single-cell gene expression data, expression of risk genes is enriched in both excitatory and inhibitory neuronal lineages, consistent with multiple paths to an excitatory/inhibitory imbalance underlying ASD.

ABSTRACT De novo mutations (DNMs), including germinal and postzygotic mutations (PZMs), are a strong source of causality for Autism Spectrum Disorder (ASD). However, the biological processes involved behind them remain unexplored. Our aim was to detect DNMs (germinal and PZMs) in a Spanish ASD cohort (360 trios) and to explore their role across different biological hierarchies (gene, biological pathway, cell and brain areas) using bioinformatic approaches. For the majority of the analysis, a combined cohort (N=2171 trios) with ASC (Autism Sequencing Consortium) previously published data was created. New plausible candidate genes for ASD such as FMR1 and NFIA were found. In addition, genes harboring PZMs were significantly enriched for miR-137 targets in comparison with germinal DNMs that were enriched in GO terms related to synaptic transmission. The expression pattern of genes with PZMs was restricted to early mid-fetal cortex. In contrast, the analysis of genes with germinal DNMs revealed a spatio-temporal window from early to mid-fetal development stages, with expression in the amygdala, cerebellum, cortex and striatum. These results provide evidence of the pathogenic role of PZMs and suggest the existence of distinct mechanisms between PZMs and germinal DNMs that are influencing ASD risk.