Autism spectrum disorder (ASD) is a heterogeneous disease in which efforts to define subtypes behaviorally have met with limited success. Hypothesizing that genetically based subtype identification may prove more productive, we resequenced the ASD-associated gene CHD8 in 3,730 children with developmental delay or ASD. We identified a total of 15 independent mutations; no truncating events were identified in 8,792 controls, including 2,289 unaffected siblings. In addition to a high likelihood of an ASD diagnosis among patients bearing CHD8 mutations, characteristics enriched in this group included macrocephaly, distinct faces, and gastrointestinal complaints. chd8 disruption in zebrafish recapitulates features of the human phenotype, including increased head size as a result of expansion of the forebrain/midbrain and impairment of gastrointestinal motility due to a reduction in postmitotic enteric neurons. Our findings indicate that CHD8 disruptions define a distinct ASD subtype and reveal unexpected comorbidities between brain development and enteric innervation.

Evan Eichler and colleagues use single-molecule molecular-inversion probes to sequence the coding and splicing regions of 208 candidate genes in more than 11,730 individuals with neurodevelopmental disorders. They report 91 genes with an excess of de novo or private disruptive mutations, identify 25 genes showing a bias for autism versus intellectual disability, and highlight a network associated with high-functioning autism. Gene-disruptive mutations contribute to the biology of neurodevelopmental disorders (NDDs), but most of the related pathogenic genes are not known. We sequenced 208 candidate genes from >11,730 cases and >2,867 controls. We identified 91 genes, including 38 new NDD genes, with an excess of de novo mutations or private disruptive mutations in 5.7% of cases. Drosophila functional assays revealed a subset with increased involvement in NDDs. We identified 25 genes showing a bias for autism versus intellectual disability and highlighted a network associated with high-functioning autism (full-scale IQ >100). Clinical follow-up for NAA15, KMT5B, and ASH1L highlighted new syndromic and nonsyndromic forms of disease.

Invertebrate model systems are powerful tools for studying human disease owing to their genetic tractability and ease of screening. We conducted a mosaic genetic screen of lethal mutations on the Drosophila X chromosome to identify genes required for the development, function, and maintenance of the nervous system. We identified 165 genes, most of whose function has not been studied in vivo. In parallel, we investigated rare variant alleles in 1,929 human exomes from families with unsolved Mendelian disease. Genes that are essential in flies and have multiple human homologs were found to be likely to be associated with human diseases. Merging the human data sets with the fly genes allowed us to identify disease-associated mutations in six families and to provide insights into microcephaly associated with brain dysgenesis. This bidirectional synergism between fly genetics and human genomics facilitates the functional annotation of evolutionarily conserved genes involved in human health.

Abstract Recurrent de novo (DN) and likely gene-disruptive (LGD) mutations contribute significantly to autism spectrum disorders (ASDs) but have been primarily investigated in European cohorts. Here, we sequence 189 risk genes in 1,543 Chinese ASD probands (1,045 from trios). We report an 11-fold increase in the odds of DN LGD mutations compared with expectation under an exome-wide neutral model of mutation. In aggregate, ∼4% of ASD patients carry a DN mutation in one of just 29 autism risk genes. The most prevalent gene for recurrent DN mutations is SCN2A (1.1% of patients) followed by CHD8 , DSCAM , MECP2 , POGZ , WDFY3 and ASH1L . We identify novel DN LGD recurrences ( GIGYF2 , MYT1L , CUL3 , DOCK8 and ZNF292 ) and DN mutations in previous ASD candidates ( ARHGAP32 , NCOR1 , PHIP , STXBP1 , CDKL5 and SHANK1 ). Phenotypic follow-up confirms potential subtypes and highlights how large global cohorts might be leveraged to prove the pathogenic significance of individually rare mutations.