WHOLE TRANSCRIPTOME ANALAYSIS BY NEXT GENERATION SEQUENCING (NGS) IN AUTISM SPECTRUM DISORDERS (ASDs)

I disordini dello spettro autistico (ASDs) sono caratterizzati dalla compromissione dell’interazione sociale e della comunicazione verbale e non verbale, e da comportamenti ripetitivi e stereotipati. L’autismo è una delle più frequenti tra le malattie complesse ereditabili, tuttavia, solo pochi geni implicati nell’eziologia sono stati identificati. Negli ultimi anni, in diversi studi, sono stati individuati polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), anomalie cromosomiche e rare varianti genetiche associati al fenotipo autistico. Inoltre, in studi di ibridazione genomica comparativa (CGH), come fattori di rischio sono state individuate alcune variazioni del numero di copie (CNV). Altri studi hanno evidenziato che le cellule linfoblastoidi possono discriminare tra soggetti con ASD e campioni di controllo. Il presente studio è parte di un progetto Telethon, avviato nel 2009, che coinvolge diversi gruppi italiani di clinica e di ricerca. Questo progetto ha l’obiettivo di analizzare le variazioni di espressione genica in 27 soggetti con ASD e 23 controlli sani. I probandi selezionati presentano CNV potenzialmente coinvolte nell'insorgenza dell'autismo. Il trascrittoma di 27 probandi e 23 controlli sani è stato analizzato attraverso la tecnica di sequenziamento di nuova generazione dell’RNA (RNA sequencing). L’analisi di arricchimento del gruppo di geni (GSEA) risultati differenzialmente espressi, compiuta sull’intera coorte e su un sottogruppo con una delezione 22q13.3, ha rilevato che i principali pathway arricchiti appartengono ai disturbi autoimmuni e al pathway di presentazione dell'antigene. La sottoanalisi compiuta sui campioni con la delezione evidenzia il coinvolgimento di geni appartenenti al pathway di orientamento degli assoni, confermando che le linee cellulari linfoblastoidi possono presentare biomarcatori rilevanti per l'autismo. Inoltre, abbiamo dimostrato che tre geni “outlier” clusterizzano all'interno di una CNV sul cromosoma 16p13.1, suggerendo che questo è un potenziale candidato locus per autismo. Questo studio fornisce la prova che le varianti strutturali, potenzialmente causative di ASD, hanno un impatto funzionale attraverso alterazioni del trascrittoma e dimostra l'utilità di integrare i dati di espressione genica con i dati genomici. Ulteriori analisi sui geni differenzialmente espressi e su CNVs, non selezionate in questo studio, contribuiranno a mettere in rilievo le basi genetiche e fisiopatologiche di ASD e ad evidenziare nuovi potenziali pathway coinvolti nei disordini dello spettro autistico.

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 behaviours. Evidences indicate that ASDs have strong genetic bases. Known chromosomal anomalies, rare genetic variants and single nucleotide polymorphisms (SNPs) have been related to ASD phenotypes in many studies. Furthermore Comparative Genomic Hybridization (CGH) studies have revealed copy number variations (CNVs) as risk factors. Recently, several studies have suggested that lymphoblastoid cells (LCLs) can discriminate between ASDs and control samples. This study is part of a Telethon project which has been started in 2009 and involves different Italian clinical and research groups; it aims to analyze gene expression variations in ASD subjects, characterized for CNVs potentially involved in the onset of autism. Transcriptome from LCLs of 27 ASD probands and 23 health controls have been analyzed through Next Generation Sequencing technology (RNA Sequencing). Gene set enrichment analysis (GSEA), on the total cohort and on a subgroup with a 22q13.3 deletion, revealed that autoimmune disorders and antigen processing and presentation pathways are the most enriched ones. Subgroup’s GSEA highlights the involvement of axon guidance pathway, confirming that LCLs could exhibit biomarkers relevant to autism. Moreover, we demonstrate that three outlier genes cluster within a CNV on 16p13.1, suggesting that this is a potential candidate ASD region. This study provides evidence that potentially causative structural variants have a functional impact via transcriptome alterations in ASDs at a genome wide level and demonstrates the utility of integrating gene expression with mutation data. Further analysis of differentially expressed genes and CNVs not selected in this study will help understanding the genetic bases for ASD pathophysiology and unravelling potential new pathways involved in ASDs.