The genetic architecture of autism spectrum disorder involves the interplay of common and rare variants and their impact on hundreds of genes. Using exome sequencing, here we show that analysis of rare coding variation in 3,871 autism cases and 9,937 ancestry-matched or parental controls implicates 22 autosomal genes at a false discovery rate (FDR) < 0.05, plus a set of 107 autosomal genes strongly enriched for those likely to affect risk (FDR < 0.30). These 107 genes, which show unusual evolutionary constraint against mutations, incur de novo loss-of-function mutations in over 5% of autistic subjects. Many of the genes implicated encode proteins for synaptic formation, transcriptional regulation and chromatin-remodelling pathways. These include voltage-gated ion channels regulating the propagation of action potentials, pacemaking and excitability–transcription coupling, as well as histone-modifying enzymes and chromatin remodellers—most prominently those that mediate post-translational lysine methylation/demethylation modifications of histones. Whole-exome sequencing in a large autism study identifies over 100 autosomal genes that are likely to affect risk for the disorder; these genes, which show unusual evolutionary constraint against mutations, carry de novo loss-of-function mutations in over 5% of autistic subjects and many function in synaptic, transcriptional and chromatin-remodelling pathways. Autism spectrum disorder (ASD) is a broad group of brain development disorders, including autism, childhood disintegrative disorder and Asperger's syndrome, characterized by impaired social interaction and communication, repetitive behaviour and restricted interests. Two groups reporting in this issue of Nature have used large-scale whole-exome sequencing to examine the contribution of inherited and germline de novo mutations to ASD risk. Silvia De Rubeis et al. analysed DNA samples from 3,871 autism cases and 9,937 ancestry-matched or parental controls and identify more than 100 autosomal genes that are likely to affect risk for the disease. De novo loss-of-function mutations were detected in more than 5% of autistic subjects. Many of the associated gene products appear to function in synaptic, transcriptional, and chromatin remodelling pathways. Ivan Iossifov et al. sequenced exomes from more than 2,500 families, each with one child with ASD. They identify 27 high-confidence gene targets and estimate that 13% of de novo missense mutations and 43% of de novo 'likely gene-disrupting' (LGD) mutations contribute to 12% and 9% of diagnoses, respectively.

Structural variation (copy number variation [CNV] including deletion and duplication, translocation, inversion) of chromosomes has been identified in some individuals with autism spectrum disorder (ASD), but the full etiologic role is unknown. We performed genome-wide assessment for structural abnormalities in 427 unrelated ASD cases via single-nucleotide polymorphism microarrays and karyotyping. With microarrays, we discovered 277 unbalanced CNVs in 44% of ASD families not present in 500 controls (and re-examined in another 1152 controls). Karyotyping detected additional balanced changes. Although most variants were inherited, we found a total of 27 cases with de novo alterations, and in three (11%) of these individuals, two or more new variants were observed. De novo CNVs were found in ∼7% and ∼2% of idiopathic families having one child, or two or more ASD siblings, respectively. We also detected 13 loci with recurrent/overlapping CNV in unrelated cases, and at these sites, deletions and duplications affecting the same gene(s) in different individuals and sometimes in asymptomatic carriers were also found. Notwithstanding complexities, our results further implicate the SHANK3-NLGN4-NRXN1 postsynaptic density genes and also identify novel loci at DPP6-DPP10-PCDH9 (synapse complex), ANKRD11, DPYD, PTCHD1, 15q24, among others, for a role in ASD susceptibility. Our most compelling result discovered CNV at 16p11.2 (p = 0.002) (with characteristics of a genomic disorder) at ∼1% frequency. Some of the ASD regions were also common to mental retardation loci. Structural variants were found in sufficiently high frequency influencing ASD to suggest that cytogenetic and microarray analyses be considered in routine clinical workup. Structural variation (copy number variation [CNV] including deletion and duplication, translocation, inversion) of chromosomes has been identified in some individuals with autism spectrum disorder (ASD), but the full etiologic role is unknown. We performed genome-wide assessment for structural abnormalities in 427 unrelated ASD cases via single-nucleotide polymorphism microarrays and karyotyping. With microarrays, we discovered 277 unbalanced CNVs in 44% of ASD families not present in 500 controls (and re-examined in another 1152 controls). Karyotyping detected additional balanced changes. Although most variants were inherited, we found a total of 27 cases with de novo alterations, and in three (11%) of these individuals, two or more new variants were observed. De novo CNVs were found in ∼7% and ∼2% of idiopathic families having one child, or two or more ASD siblings, respectively. We also detected 13 loci with recurrent/overlapping CNV in unrelated cases, and at these sites, deletions and duplications affecting the same gene(s) in different individuals and sometimes in asymptomatic carriers were also found. Notwithstanding complexities, our results further implicate the SHANK3-NLGN4-NRXN1 postsynaptic density genes and also identify novel loci at DPP6-DPP10-PCDH9 (synapse complex), ANKRD11, DPYD, PTCHD1, 15q24, among others, for a role in ASD susceptibility. Our most compelling result discovered CNV at 16p11.2 (p = 0.002) (with characteristics of a genomic disorder) at ∼1% frequency. Some of the ASD regions were also common to mental retardation loci. Structural variants were found in sufficiently high frequency influencing ASD to suggest that cytogenetic and microarray analyses be considered in routine clinical workup.

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.

In 1998, folic acid fortification of a large variety of cereal products became mandatory in Canada, a country where the prevalence of neural-tube defects was historically higher in the eastern provinces than in the western provinces. We assessed changes in the prevalence of neural-tube defects in Canada before and after food fortification with folic acid was implemented.

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.

Mutations in SHANK3, which encodes a synaptic scaffolding protein, have been described in subjects with an autism spectrum disorder (ASD). To assess the quantitative contribution of SHANK3 to the pathogenesis of autism, we determined the frequency of DNA sequence and copy-number variants in this gene in 400 ASD-affected subjects ascertained in Canada. One de novo mutation and two gene deletions were discovered, indicating a contribution of 0.75% in this cohort. One additional SHANK3 deletion was characterized in two ASD-affected siblings from another collection, which brings the total number of published mutations in unrelated ASD-affected families to seven. The combined data provide support that haploinsufficiency of SHANK3 can cause a monogenic form of autism in sufficient frequency to warrant consideration in clinical diagnostic testing.

Importance

 E-cadherin (CDH1) is a cancer predisposition gene mutated in families meeting clinically defined hereditary diffuse gastric cancer (HDGC). Reliable estimates of cancer risk and spectrum in germline mutation carriers are essential for management. For families withoutCDH1mutations, genetic-based risk stratification has not been possible, resulting in limited clinical options. 

Objectives

 To derive accurate estimates of gastric and breast cancer risks inCDH1mutation carriers and determine if germline mutations in other genes are associated with HDGC. 

Design, Setting, and Participants

 Testing forCDH1germline mutations was performed on 183 index cases meeting clinical criteria for HDGC. Penetrance was derived from 75 mutation-positive families from within this and other cohorts, comprising 3858 probands (353 with gastric cancer and 89 with breast cancer). Germline DNA from 144 HDGC probands lackingCDH1mutations was screened using multiplexed targeted sequencing for 55 cancer-associated genes. 

Main Outcomes and Measures

 Accurate estimates of gastric and breast cancer risks inCDH1mutation carriers and the relative contribution of other cancer predisposition genes in familial gastric cancers. 

Results

 Thirty-one distinct pathogenicCDH1mutations (14 novel) were identified in 34 of 183 index cases (19%). By the age of 80 years, the cumulative incidence of gastric cancer was 70% (95% CI, 59%-80%) for males and 56% (95% CI, 44%-69%) for females, and the risk of breast cancer for females was 42% (95% CI, 23%-68%). InCDH1mutation–negative index cases, candidate mutations were identified in 16 of 144 probands (11%), including mutations within genes of high and moderate penetrance:CTNNA1, BRCA2, STK11, SDHB, PRSS1,ATM, MSR1, andPALB2. 

Conclusions and Relevance

 This is the largest reported series ofCDH1mutation carriers, providing more precise estimates of age-associated risks of gastric and breast cancer that will improve counseling of unaffected carriers. In HDGC families lackingCDH1mutations, testing ofCTNNA1and other tumor suppressor genes should be considered. Clinically defined HDGC families can harbor mutations in genes (ie,BRCA2)with different clinical ramifications fromCDH1. Therefore, we propose that HDGC syndrome may be best defined by mutations inCDH1and closely related genes, rather than through clinical criteria that capture families with heterogeneous susceptibility profiles.

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.