Autism spectrum disorders (ASDs) are common, heritable neurodevelopmental conditions. The genetic architecture of ASDs is complex, requiring large samples to overcome heterogeneity. Here we broaden coverage and sample size relative to other studies of ASDs by using Affymetrix 10K SNP arrays and 1,181 families with at least two affected individuals, performing the largest linkage scan to date while also analyzing copy number variation in these families. Linkage and copy number variation analyses implicate chromosome 11p12–p13 and neurexins, respectively, among other candidate loci. Neurexins team with previously implicated neuroligins for glutamatergic synaptogenesis, highlighting glutamate-related genes as promising candidates for contributing to ASDs.

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.

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 disorders (ASD) are a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders with a complex inheritance pattern. While many rare variants in synaptic proteins have been identified in patients with ASD, little is known about their effects at the synapse and their interactions with other genetic variations. Here, following the discovery of two de novo SHANK2 deletions by the Autism Genome Project, we identified a novel 421 kb de novo SHANK2 deletion in a patient with autism. We then sequenced SHANK2 in 455 patients with ASD and 431 controls and integrated these results with those reported by Berkel et al. 2010 (n = 396 patients and n = 659 controls). We observed a significant enrichment of variants affecting conserved amino acids in 29 of 851 (3.4%) patients and in 16 of 1,090 (1.5%) controls (P = 0.004, OR = 2.37, 95% CI = 1.23–4.70). In neuronal cell cultures, the variants identified in patients were associated with a reduced synaptic density at dendrites compared to the variants only detected in controls (P = 0.0013). Interestingly, the three patients with de novo SHANK2 deletions also carried inherited CNVs at 15q11–q13 previously associated with neuropsychiatric disorders. In two cases, the nicotinic receptor CHRNA7 was duplicated and in one case the synaptic translation repressor CYFIP1 was deleted. These results strengthen the role of synaptic gene dysfunction in ASD but also highlight the presence of putative modifier genes, which is in keeping with the “multiple hit model” for ASD. A better knowledge of these genetic interactions will be necessary to understand the complex inheritance pattern of ASD.

While it is apparent that rare variation can play an important role in the genetic architecture of autism spectrum disorders (ASDs), the contribution of common variation to the risk of developing ASD is less clear.To produce a more comprehensive picture, we report Stage 2 of the Autism Genome Project genome-wide association study, adding 1301 ASD families and bringing the total to 2705 families analysed (Stages 1 and 2).In addition to evaluating the association of individual single nucleotide polymorphisms (SNPs), we also sought evidence that common variants, en masse, might affect the risk.Despite genotyping over a million SNPs covering the genome, no single SNP shows significant association with ASD or selected phenotypes at a genome-wide level.The SNP that achieves the smallest P-value from secondary analyses is rs1718101.It falls in CNTNAP2, a gene previously implicated in susceptibility for ASD.This SNP also shows modest association with age of word/phrase acquisition in ASD subjects, of interest because features of language development are also associated with other variation in CNTNAP2.In contrast, allele scores derived from the transmission of common alleles to Stage 1 cases significantly predict case status in the independent Stage 2 sample.Despite being significant, the variance explained by these allele scores was small (Vm< 1%).Based on results from individual SNPs and their en masse effect on risk, as inferred from the allele score results, it is reasonable to conclude that common variants affect the risk for ASD but their individual effects are modest.

Trithorax-related H3K4 methyltransferases, KMT2C and KMT2D, are critical epigenetic modifiers. Haploinsufficiency of KMT2C was only recently recognized as a cause of neurodevelopmental disorder (NDD), so the clinical and molecular spectrums of the KMT2C-related NDD (now designated as Kleefstra syndrome 2) are largely unknown. We ascertained 98 individuals with rare KMT2C variants, including 75 with protein-truncating variants (PTVs). Notably, ∼15% of KMT2C PTVs were inherited. Although the most highly expressed KMT2C transcript consists of only the last four exons, pathogenic PTVs were found in almost all the exons of this large gene. KMT2C variant interpretation can be challenging due to segmental duplications and clonal hematopoesis-induced artifacts. Using samples from 27 affected individuals, divided into discovery and validation cohorts, we generated a moderate strength disorder-specific KMT2C DNA methylation (DNAm) signature and demonstrate its utility in classifying non-truncating variants. Based on 81 individuals with pathogenic/likely pathogenic variants, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is characterized by developmental delay, intellectual disability, behavioral and psychiatric problems, hypotonia, seizures, short stature, and other comorbidities. The facial module of PhenoScore, applied to photographs of 34 affected individuals, reveals that the KMT2C-related facial gestalt is significantly different from the general NDD population. Finally, using PhenoScore and DNAm signatures, we demonstrate that the KMT2C-related NDD is clinically and epigenetically distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes. Overall, we define the clinical features, molecular spectrum, and DNAm signature of the KMT2C-related NDD and demonstrate they are distinct from Kleefstra and Kabuki syndromes highlighting the need to rename this condition.