Analyse neurogénétique du trouble désintégratif de l’enfant

Sujets de l’étude

Les caractéristiques cliniques de la cohorte CDD et le nombre de sujets examinés par chaque modalité d’étude sont indiqués dans le tableau 1. Le sex-ratio de 3,25 hommes pour 1 femme est similaire à celui rapporté pour les TSA. L’âge moyen et médian au moment de l’apparition des symptômes était de 46 et 40 mois, respectivement, avec une fourchette de 28 à 84 mois. Soixante-dix pour cent des sujets ont connu un prodrome d’anxiété et de terreur. Trente pour cent des sujets ont connu plusieurs épisodes de régression. La durée du premier épisode de régression allait de 2 mois à presque 7 ans chez un sujet. La plupart des sujets ont une DI sévère à profonde, le QI moyen et médian étant respectivement de 30 et 26, avec une fourchette de 8 à 74. Tous présentaient une perte du langage, une perte des aptitudes sociales ou du comportement adaptatif, et une perte des aptitudes au jeu. Soixante-cinq pour cent d’entre eux avaient perdu le contrôle de leurs intestins ou de leur vessie, et la même proportion avait perdu leurs capacités motrices. Bien que l’on ait rapporté que le CDD était presque toujours sporadique, quelques-uns de nos sujets avaient des membres de leur famille immédiate présentant des TSA ou des caractéristiques autistiques, notamment deux paires de jumeaux monozygotes. Les deux membres d’une paire (CDD13-03/04) sont atteints de CDD ; dans l’autre paire (CDD20-03/04), l’un est atteint de CDD et l’autre de TSA.

Génétique

Compte tenu de la rareté, de la sévérité et de la transmission apparemment sporadique observée dans la plupart des cas de CDD, nous avons émis l’hypothèse que des variantes rares à effet important contribuent à l’étiologie. En effet, il existe de nombreuses preuves de la contribution des variants rares aux TSA. Comme le montre le tableau 2, nous avons trouvé un ou plusieurs variants rares pour tous les proband sauf un, qui n’étaient pas partagés par les frères et sœurs témoins non affectés (fichier supplémentaire 2 : tableau S2). Nous avons également recherché des variantes hétérozygotes composées chez les sujets en recherchant des variantes supplémentaires dans les gènes affectés par les variantes de novo, mais nous n’en avons trouvé aucune. Les taux de tous les variants de novo à forte probabilité (score de qualité bayésien ≥ 50) étaient de 0,80/exome de bande et de 0,92/exome de fratrie (fichier supplémentaire 2 : tableau S3), ce qui est similaire aux taux globaux calculés à partir de 11 études WES récentes sur les troubles du développement neurologique : 1,00/exome de bande, n = 2358 ; 0,82/exome de contrôle, n = 731 . Il n’y avait pas de différences significatives dans les taux de variants non synonymes de novo, homozygotes et hémizygotes (fichier supplémentaire 2 : tableau S3) ; le taux de gènes exprimés dans le cerveau affectés ; les scores de conservation de la valeur P phylogénétique (PhyloP) aux positions des variants ; les scores d’intolérance à la variation résiduelle (RVIS) ; et les scores de phénotypage du polymorphisme v2 (PolyPhen-2) (fichier supplémentaire 2 : tableau S2) entre les probands et les frères et sœurs.

Nous avons trouvé un CNV génique de novo chez un proband (0,07/proband, tableau 2), ce qui est similaire aux taux précédemment rapportés pour les TSA , et aucun chez les frères et sœurs. Le CNV du proband est une délétion hétérozygote de 2 kb de la 3′UTR de OGDHL, qui code pour un composant d’un complexe protéique mitochondrial impliqué dans la neurodégénération. Un gène, SUPT20HL2, et deux familles de gènes, USP et BBS, sont affectés chez plus d’un proband CDD. Deux variants hémizygotes faux-sens ont été identifiés dans SUPT20HL2, qui code pour un facteur de transcription putatif mais pourrait être un pseudogène selon la base de données UniProtKB (http://www.uniprot.org/). Trois membres de la famille des gènes USP (ubiquitin-specific peptidase) sont affectés chez les probands CDD : USP9X (faux sens hémizygote), USP9Y (non-sens d’origine paternelle) et USP26 (faux sens hémizygote). Ils codent pour des enzymes de déubiquitination qui empêchent la dégradation des protéines. Deux membres de la famille de gènes du syndrome de Bardet-Biedel (BBS), qui est impliquée dans la ciliogenèse, présentent des variantes faux-sens de novo chez les probands CDD : BBS5 et BBS9. Bien que les variantes spécifiques modifiant les protéines identifiées chez les sujets CDD soient rares et n’aient pas été précédemment associées à la maladie, nous avons examiné la littérature et trouvé un certain chevauchement entre les gènes candidats CDD et les gènes potentiellement associés à d’autres troubles neurologiques (tableau 2).

Il n’y avait pas de variantes clairement délétères chez les probands CDD. Pour identifier les variants potentiellement pathogènes, nous avons considéré une combinaison de facteurs : (1) expression cérébrale positive, (2) score PhyloP ≥ 1,30 (P = 0,05 pour la conservation), (3) RVIS négatif (gène intolérant à la variation), et (4) classification PolyPhen-2 de missense probablement dommageable (ou n/a dû à une variante autre que missense). Sur les 47 gènes candidats CDD, 14 remplissaient tous ces critères : NRK, TBC1D8B, TRRAP, NAV2, OGDHL, ZNF236, PRKCSH, MTMR8, BCOR, SRPK3, USP9Y, KIAA2018, CXorf57 et ALG13 (tableau 2). Pour affiner cette liste, l’inspection des données de séquençage de l’Exome Aggregation Consortium (http://exac.broadinstitute.org/) a révélé que : (1) les variants de tous les gènes, à l’exception de NAV2, MTMR8 et ALG13, sont nouveaux ou trouvés au plus une fois dans l’ensemble de données et (2) parmi les 11 gènes restants, 4 font partie des 5 % les plus intolérants : TRRAP, ZNF236, BCOR et KIAA2018.

TRRAP (transformation/transcription domain-associated protein)affectée par un variant faux-sens de novo chez un proband CDD masculin ; elle code pour un composant des complexes histone acétyltransférase et est impliquée dans la transcription et la réparation de l’ADN. Il n’est pas associé à un trouble OMIM, mais des variants de novo ont été identifiés dans d’autres troubles neurologiques (tableau 2). ZNF236 (Zinc Finger Protein 236) est également affecté par un variant faux-sens de novo chez un proband mâle ; il peut être impliqué dans la régulation transcriptionnelle (UniProtKB) mais n’est pas associé à un trouble connu. BCOR (BCL6 Corepressor) est affecté par un variant faux-sens hémizygote chez un proband mâle CDD ; il code pour un corepresseur transcriptionnel. Il est associé à une microphtalmie syndromique, qui peut avoir la caractéristique d’une ID mais ne caractérise pas autrement le proband CDD et est généralement causé par des mutations tronquantes chez les femelles. KIAA2018 est affecté par une délétion homozygote d’un acide aminé chez un proband mâle CDD ; il est également connu sous le nom de USF3 (upstream transcription factor 3). Il n’est pas associé à un trouble OMIM, mais des variants de novo ont été identifiés dans d’autres troubles neurologiques (tableau 2). Il convient de noter que tous ces gènes candidats jouent un rôle ou peuvent être impliqués dans la transcription, ce qui caractérise également de nombreux gènes associés aux TSA.

En utilisant l’ensemble de données transcriptomiques BrainSpan exon-array humain, nous avons tracé le niveau d’expression médian des gènes candidats CDD en tant que groupe pour toutes les régions du cerveau disponibles des stades embryonnaires à la fin de l’âge adulte (n = 40 gènes représentés une fois dans l’ensemble de sondes de base, fichier supplémentaire 2 : tableau S4). Comme le montre le profil d’expression de la figure 1, les gènes candidats CDD sont plus fortement exprimés dans les régions non néocorticales que dans les régions néocorticales tout au long de la vie (fichier complémentaire 2 : tableau S5). De plus, on observe des niveaux d’expression croissants dans l’AMY, le STR et le HIP au cours des périodes 10 (1-6 ans) et 11 (6-12 ans), la fourchette qui englobe l’âge d’apparition des symptômes dans notre cohorte CDD.

Compte tenu de cette observation, nous avons comparé la différence des niveaux d’expression médians entre les régions non néocorticales et néocorticales pour les gènes affectés par des variants non synonymes et synonymes chez les probands CDD, leurs frères et sœurs non affectés, et les probands TSA de la Simons Simplex Collection (SSC) avec et sans régression appariés par le sexe, l’âge au moment de l’évaluation, le QI et la gravité des symptômes de l’autisme (voir le fichier supplémentaire 1 : Informations complémentaires pour les détails de la sélection de la cohorte). Le profil d’expression des gènes candidats CDD est qualitativement distinct des autres ensembles de gènes, sauf qu’il est similaire au profil des gènes affectés par des variants non synonymes chez les probands SSC avec régression, même s’ils n’ont qu’un seul gène, NAV2, en commun (Fig. 2, Additional file 2 : Tables S4 et S6). La différence d’expression, non-néocorticale moins néocorticale, atteint une valeur positive maximale au stade mi-fœtal. Pour les gènes candidats CDD, cela se produit à la période six ; un test de permutation avec 100 000 itérations de 40 gènes choisis au hasard dans l’ensemble de données BrainSpan a confirmé la signification de cette expression différentielle (P = 0,0022). Nous avons étendu l’analyse à plusieurs autres ensembles de gènes, tels que ceux identifiés chez les probands du SSC et les frères et sœurs non affectés par des variants non synonymes, synonymes et LGD ; les gènes les plus significativement associés aux TSA par trois grandes études WES et CNV récentes ; et tous les gènes de l’ensemble de données BrainSpan. Le profil d’expression des gènes affectés par des variants non synonymes chez les probands CDD et les probands SSC avec régression est qualitativement distinct de ces autres ensembles également (fichier supplémentaire 1 : figure S1, fichier supplémentaire 2 : tableaux S4 et S6).

Nous avons également cherché à savoir si les gènes candidats CDD sont coexprimés entre eux. Sur les 40 gènes candidats, 11 sont coexprimés avec au moins un autre gène candidat dans toutes les régions du cerveau et toutes les périodes de temps, avec un coefficient de corrélation de Pearson r ≥ 0,7 (figure 3, fichier additionnel 2 : tableau S7). Il existe 23 connexions de ce type, pour une moyenne de 2,09 corrélations/gène et un coefficient moyen de 0,779. Un test de permutation avec 100 000 itérations de 40 gènes choisis au hasard dans l’ensemble de données BrainSpan a révélé que l’observation de 11 gènes avec au moins 2,09 corrélations/gène est significative (P = 0,036), tout comme l’observation de 11 gènes avec un coefficient de corrélation moyen d’au moins 0,779 (P = 0,019). Le fait d’atteindre les deux seuils est également significatif (P = 0,0059). Étant donné que les 11 gènes candidats CDD qui sont coexprimés les uns avec les autres ont une expression cérébrale positive selon l’ensemble de données BrainSpan, un test de permutation avec 100 000 itérations a également été effectué avec 40 gènes exprimés dans le cerveau sélectionnés au hasard dans BrainSpan. Si l’observation de 11 gènes présentant au moins 2,09 corrélations/gène n’est pas significative (P = 0,066), l’observation de 11 gènes présentant un coefficient de corrélation moyen d’au moins 0,779 est significative (P = 0,022), tout comme le fait d’atteindre les deux seuils (P = 0,011). La comparaison de l’ensemble de 11 gènes candidats CDD coexprimés avec l’ensemble restant de 29 qui ne sont pas coexprimés n’a révélé aucune différence significative entre le taux de gènes exprimés dans le cerveau, les scores PhyloP ou les scores PolyPhen-2 ; cependant, les gènes coexprimés sont significativement plus intolérants à la variation (RVIS moyen -1,42 contre -0,15, t(35) = -2,91, P = 0,0062, test t indépendant, bilatéral). L’analyse d’enrichissement de l’ontologie des gènes utilisant la base de données pour l’annotation, la visualisation et la découverte intégrée v6.8 (https://david.ncifcrf.gov/) pour l’ensemble des gènes candidats CDD, et le sous-ensemble de 11 gènes coexprimés n’a pas identifié d’enrichissement significatif des termes GO après correction de Benjamini-Hochberg des valeurs P.

Systèmes neuronaux

Vu l’universalité des déficits sociaux dans les TSA, le dysfonctionnement des systèmes cérébraux subsistant dans la perception sociale, y compris la perception des visages, est un point clé de la recherche sur les TSA. Les stimuli visuels des visages et des maisons activent et dissocient de manière fiable les systèmes impliqués dans le traitement de l’information socio-émotionnelle (visages craintifs) et non-socio-émotionnelle (maisons). Nous avons étudié quatre cohortes : CDD (n = 7), LFASD (n = 7), HFASD (n = 14), et TD (n = 19). Même si les personnes atteintes de TALF sont plus nombreuses que celles atteintes de TDC, la taille de notre échantillon a été limitée par la difficulté d’obtenir des données de neuroimagerie (et d’oculométrie) de haute qualité chez les sujets à faible niveau de fonctionnement. Cela dit, à notre connaissance, il s’agit de la toute première présentation de données d’IRMf non sédatées provenant de personnes atteintes de TSA et de DI marquée.

Il n’y avait pas de différences significatives entre les quatre cohortes en ce qui concerne le sexe, l’âge, le volume intracrânien et le mouvement de la tête dans le scanner. Les groupes CDD et LFASD n’étaient pas non plus significativement différents en fonction du QI et de la sévérité de l’autisme, et les groupes HFASD et TD n’étaient pas significativement différents en fonction du QI (fichier supplémentaire 2 : tableaux S8 et S9). Tout d’abord, nous avons utilisé un échantillon de découverte de 12 de nos 19 sujets atteints de TD dans une analyse du cerveau entier pour une localisation indépendante des régions d’intérêt impliquées dans le traitement des visages par rapport aux maisons. La figure 4a illustre les régions du cortex occipitotemporal ventrolatéral où les sujets atteints de TD présentaient une activation significative des visages > des maisons (fichier supplémentaire 2 : tableau S10). Ces régions comprenaient les emplacements prévus des nœuds bien connus du réseau occipitotemporal sensible aux visages, notamment l’aire fusiforme du visage et l’aire occipitale du visage . Comme le montrent la figure 4b et le fichier supplémentaire 2 : tableau S11, l’extraction du pourcentage moyen de changement de signal (visages > maisons) pour chacun des quatre groupes a indiqué une absence de différences entre les groupes dans la réponse aux visages par rapport aux maisons dans ces régions d’intérêt définies de manière indépendante lors de la comparaison des groupes TD:validation et HFASD et lors de la comparaison des groupes LFASD et CDD. La réponse aux visages > maisons dans le groupe CDD n’était pas significativement supérieure à zéro, ce qui suggère un manque global de sensibilité aux visages dans le réseau occipito-temporal sensible aux visages dans son ensemble. Il existe un constat bien établi d’hypoactivation aux visages (par rapport aux maisons) dans le gyrus fusiforme moyen droit dans le HFASD par rapport au TD . Nous avons pu reproduire ce résultat dans nos cohortes. Cependant, la comparaison de l’activité des visages > maisons dans le CDD par rapport au TD n’a révélé aucune différence significative, tout comme la comparaison des groupes LFASD et TD (fichier supplémentaire 1 : Figure S2 et fichier supplémentaire 2 : Tableau S12).

Compte tenu du manque possible de sensibilité aux visages dans le cortex occipitotemporal ventrolatéral dans le CDD, nous avons ensuite effectué une évaluation du cerveau entier des sujets CDD pour localiser les substrats neuroanatomiques de la perception des visages chez ces personnes. Comme l’illustre la figure 5a, les sujets atteints de TDC présentent une activité des maisons des visages > dans le gyrus frontal moyen, le gyrus précentral, le caudate (striatum), le thalamus, l’hippocampe et le cervelet (fichier supplémentaire 2 : tableau S13). Ces régions se chevauchent avec les régions du cerveau déterminées comme ayant les niveaux les plus élevés d’expression des gènes candidats CDD (Fig. 1). Comme le montrent la figure 5b et le fichier supplémentaire 2 : tableau S14, la comparaison du pourcentage moyen de changement de signal (faces > maisons) de ces régions d’intérêt a révélé une différence significative entre le groupe CDD et le groupe HFASD , mais aucune différence significative entre le groupe CDD et le groupe LFASD . Le groupe LFASD a montré un phénotype intermédiaire à celui des groupes HFASD et CDD (Fig. 5b).

Comportement oculomoteur

Nous avons recueilli des données oculomotrices pour quantifier le phénotype social de nos quatre cohortes lorsqu’elles regardaient des visages émotionnels . Comme le montre le fichier supplémentaire 2 : tableaux S15 et S16, les groupes n’étaient pas significativement différents selon le sexe, l’âge et la durée totale de fixation sur l’image. Les groupes CDD et LFASD n’étaient pas non plus significativement différents selon le QI et la sévérité de l’autisme, et les groupes HFASD et TD n’étaient pas significativement différents selon le QI. Comme le montre la figure 6, nous reproduisons les résultats antérieurs d’une diminution de la fixation sur les yeux et d’une augmentation de la fixation sur la bouche dans le groupe HFASD par rapport au groupe TD. Cependant, alors que le pourcentage de temps passé par les sujets atteints de TALF à regarder les yeux ne diffère pas significativement du groupe TALF, les sujets CDD fixent les yeux significativement plus que le groupe TALF. Comparés les uns aux autres, les sujets CDD et LFASD ne diffèrent pas significativement dans le temps passé à regarder les yeux. Comme pour les résultats de l’IRMf (Fig. 5b), le groupe LFASD a montré un phénotype intermédiaire à celui des groupes HFASD et CDD (rapport œil-bouche, fichier additionnel 2 : tableau S16).

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