A vizsgálati alanyok
A CDD-kohorsz klinikai jellemzőit és az egyes vizsgálati módozatok szerint vizsgált alanyok számát az 1. táblázat mutatja. A 3,25 férfi és 1 nő közötti nemi arány hasonló az ASD esetében közöltekhez. Az átlagos és medián életkor a tünetek megjelenésekor 46, illetve 40 hónap volt, 28 és 84 hónap közötti tartományban. Az alanyok hetven százaléka tapasztalta a szorongás és a rettegés prodromáját. Az alanyok harminc százalékának többszörös regressziós epizódja volt. Az első regresszív epizód hossza 2 hónaptól egy alany esetében majdnem 7 évig terjedt. A legtöbb alany súlyos vagy súlyos személyiségzavarral küzd, az átlagos és a medián IQ 30, illetve 26 volt, 8-tól 74-ig terjedő tartományban. Valamennyien elvesztették a nyelvi készségeket, a szociális készségeket vagy az adaptív viselkedést, valamint a játékkészségeket. Hatvanöt százalékuk elvesztette a bél- vagy hólyagszabályozását, és ugyanilyen arányban a motoros készségek is elvesztek. Bár a CDD a jelentések szerint szinte mindig sporadikus, néhány alanyunknak közvetlen családtagja volt ASD-vel vagy autisztikus jellemzőkkel, köztük két egypetéjű ikerpár. Az egyik pár (CDD13-03/04) mindkét tagja CDD-s; a másik pár (CDD20-03/04) egyik tagja CDD-s, a másik ASD-s.
Genetika
A CDD ritkasága, súlyossága és a legtöbb esetben megfigyelhető, nyilvánvalóan sporadikus átvitel miatt feltételeztük, hogy a nagy hatású ritka variánsok hozzájárulnak az etiológiához. Valóban, rengeteg bizonyíték van a ritka variánsok ASD-hez való hozzájárulására . Amint az a 2. táblázatban látható, egy kivételével minden próbandónál találtunk egy vagy több ritka variánst, amelyek nem voltak közösek egyetlen érintetlen testvérkontrollal sem (Additional file 2: S2. táblázat). A de novo variánsok által érintett génekben további variánsok után kutatva összetett heterozigóta variánsokat is kerestünk az alanyokban, de nem találtunk egyet sem. Az összes nagy valószínűségű (Bayes-féle minőségi pontszám ≥ 50) de novo variáns aránya 0,80/proband exom és 0,92/testvér exom volt (Additional file 2: S3. táblázat), ami hasonló a neurofejlődési rendellenességekkel kapcsolatos 11 közelmúltbeli WES-vizsgálatból számított általános arányokhoz: 1,00/proband exom, n = 2358; 0,82/kontroll exom, n = 731 . Nem volt szignifikáns különbség a nem szinonim de novo, homozigóta és hemizigóta variánsok arányában (Additional file 2: S3. táblázat); az érintett agyi expressziós gének arányában; a filogenetikai P-érték (PhyloP) konzervációs pontszámokban a variánsok pozícióiban; a reziduális variációs intolerancia pontszámokban (RVIS); és a polimorfizmus fenotipizálás v2 (PolyPhen-2) pontszámokban (Additional file 2: S2. táblázat) a próbandusok és a testvérek között.
Egy de novo genikus CNV-t találtunk egy probandusban (0,07/proband, 2. táblázat), ami hasonló az ASD esetében korábban közölt arányokhoz , és egyet sem a testvéreknél. A probandus CNV az OGDHL 3′UTR-jének 2 kb-os heterozigóta deléciója, amely egy neurodegenerációban szerepet játszó mitokondriális fehérjekomplex egyik komponensét kódolja. Egy gén, a SUPT20HL2, és két géncsalád, az USP és a BBS, egynél több CDD-szondában érintett. Két hemizigóta missense variánst azonosítottak a SUPT20HL2-ben, amely egy feltételezett transzkripciós faktort kódol, de az UniProtKB adatbázis szerint pszeudogén lehet (http://www.uniprot.org/). Az USP (ubikvitin-specifikus peptidáz) géncsalád három tagja érintett a CDD-probandákban: USP9X (hemizigóta missense), USP9Y (apai öröklődésű nem-sense) és USP26 (hemizigóta missense). Ezek olyan deubikvitináló enzimeket kódolnak, amelyek megakadályozzák a fehérjék lebomlását. A ciliogenezisben szerepet játszó Bardet-Biedel-szindróma (BBS) géncsalád két tagjának de novo missense-változatai vannak CDD-probandákban: BBS5 és BBS9. Bár a CDD-s alanyokban azonosított specifikus fehérjeváltozó variánsok ritkák voltak, és korábban nem hoztak összefüggésbe betegséggel, áttekintettük az irodalmat, és találtunk némi átfedést a CDD jelölt génjei és más neurológiai rendellenességekkel potenciálisan összefüggésbe hozható gének között (2. táblázat).
A CDD-szondákban nem voltak egyértelműen károsító variánsok. A potenciálisan patogén variánsok azonosításához több tényező kombinációját vettük figyelembe: (1) pozitív agyi expresszió, (2) PhyloP score ≥ 1,30 (P = 0,05 a konzerváláshoz), (3) negatív RVIS (gén intoleráns a variációval szemben), és (4) PolyPhen-2 besorolás szerint valószínűleg káros miszense (vagy n/a nem miszense variáns miatt). A 47 CDD-jelölt gén közül 14 felelt meg mindezen kritériumoknak: NRK, TBC1D8B, TRRAP, NAV2, OGDHL, ZNF236, PRKCSH, MTMR8, BCOR, SRPK3, USP9Y, KIAA2018, CXorf57 és ALG13 (2. táblázat). E lista további pontosítása érdekében az Exome Aggregation Consortium (http://exac.broadinstitute.org/) szekvenálási adatainak vizsgálata kimutatta, hogy: (1) a NAV2, az MTMR8 és az ALG13 kivételével valamennyi gén variánsai újak vagy legfeljebb egyszer fordulnak elő az adathalmazban, és (2) a fennmaradó 11 gén közül 4 a legintoleránsabb 5% közé tartozik: TRRAP, ZNF236, BCOR és KIAA2018.
TRRAP (transformation/transcription domain-associated protein)de novo missense variáns által érintett egy férfi CDD probandusban; a hiszton acetiltranszferáz komplexek egyik komponensét kódolja, és részt vesz a DNS-átírásban és -javításban. Nem társul OMIM-rendellenességgel, de de novo variánsokat azonosítottak más neurológiai rendellenességekben (2. táblázat). A ZNF236 (Zinc Finger Protein 236) szintén egy de novo missense variáns által érintett férfi próbandusban; részt vehet a transzkripciós szabályozásban (UniProtKB), de nem társul ismert rendellenességgel. A BCOR (BCL6 Corepressor) hemizigóta missense variáns által érintett egy férfi CDD próbaidősben; egy transzkripciós corepressort kódol. Szindrómás mikrophthalmiával társul, amely az ID jellegzetessége lehet, de egyébként nem jellemzi a CDD próbaidőt, és általában csonkolódó mutációk okozzák a nőknél. A KIAA2018 homozigóta egy-aminosav-delécióval érintett férfi CDD-probandában; USF3 (upstream transcription factor 3) néven is ismert. Nem társul OMIM-rendellenességhez, de de novo variánsokat azonosítottak más neurológiai rendellenességekben (2. táblázat). Figyelemre méltó, hogy e top jelölt gének mindegyike vagy szerepet játszik, vagy részt vehet a transzkripcióban, ami számos ASD-asszociált gént is jellemez .
A humán BrainSpan exon-array transzkriptom adatállományt felhasználva , a CDD jelölt gének medián expressziós szintjét csoportként ábrázoltuk az összes elérhető agyi régióra az embrionális stádiumtól a késői felnőttkorig (n = 40 gén egyszer reprezentált a core probe setben, Additional file 2: Table S4). Amint azt az 1. ábrán látható expressziós profil mutatja, a CDD jelölt gének az egész élettartam során nagyobb mértékben fejeződnek ki a nem neokortikális régiókban, mint a neokortikális régiókban (Additional file 2: Table S5). Sőt, a 10. (1-6 éves kor) és a 11. (6-12 éves kor) periódusban – a CDD-kohorszunkban a tünetek megjelenésének életkorát felölelő tartományban
A CDD jelölt gének (n = 40) átlagos expressziós szintjei agyi régiók és időszakok szerint (Additional file 2: Table S5) a humán BrainSpan exon-array transzkriptom adatkészlet segítségével . A sötét függőleges vonal a születést jelzi. A log2-transzformált jelintenzitás ≥ 6 legalább egy mintában pozitív expressziónak minősül . AMY amygdala, CBC kisagykéreg, HIP hippokampusz MD thalamus mediodorsalis magja, NCX neokortex, STR striatum
Ezt a megfigyelést figyelembe véve összehasonlítottuk a nem neokortex és neokortex régiók közötti medián expressziós szintek különbségét a nem szinonim és szinonim variánsok által érintett gének esetében a CDD-probandákban, nem érintett testvéreik, valamint a Simons Simplex Collection (SSC) regresszióval rendelkező és nem érintett, a nem, az értékeléskor betöltött életkor, az IQ és az autizmus tüneteinek súlyossága szerint illesztett ASD-problémákkal (lásd Additional file 1: Kiegészítő információk a kohorsz kiválasztásának részleteiért). A CDD-jelölt gének expressziós profilja minőségileg különbözik a többi génkészlettől, kivéve, hogy hasonló a nem szinonim variánsok által érintett gének profiljához a regresszióval rendelkező SSC-probandáknál, annak ellenére, hogy csak egy gén, a NAV2 közös bennük (2. ábra, 2. kiegészítő fájl : S4 és S6 táblázatok). Az expresszió különbsége, nem neokortikális mínusz neokortikális, a magzati szakasz közepén éri el a maximális pozitív értéket. A CDD-jelölt gének esetében ez a hatodik periódusban következik be ; a BrainSpan-adatkészletből véletlenszerűen kiválasztott 40 gén 100 000 iterációval végzett permutációs tesztelése megerősítette ennek a differenciális expressziónak a szignifikanciáját (P = 0,0022). Az elemzést kiterjesztettük több más génkészletre is, például az SSC próbandusokban és az érintetlen testvérekben azonosított nem szinonim, szinonim és LGD variánsokkal; a három közelmúltbeli nagy WES- és CNV-vizsgálat által az ASD-vel leginkább szignifikánsan összefüggésbe hozott génekre ; valamint a BrainSpan-adatkészlet összes génjére. A nem szinonim variánsok által érintett gének expressziós profilja a CDD-probandákban és a regressziós SSC-probandákban minőségileg is különbözik ezektől a többi halmaztól (Additional file 1: S1 ábra, Additional file 2: S4 és S6 táblázatok).
A különböző génhalmazok eltérő expressziós szintjei. A nem szinonim vagy szinonim variánsok által érintett gének medián expressziós szintjeinek (nem neokortikális mínusz neokortikális agyi régiók) különbségét mutatjuk be a CDD-probandák, az érintetlen testvéreik, a regresszióval érintett SSC-probandák és a regresszió nélküli SSC-probandák esetében. A zárójelben lévő szám az alanyok vagy a variánsok számát jelzi, és a sötét függőleges vonal minden panelben a születést jelzi. A potenciális CDD-jelölt gének esetében a különbség a hatodik periódusban (magzati szakasz közepén) éri el a maximális pozitív értéket; a szignifikanciát 40 véletlenszerűen kiválasztott gén 100 000 iterációval végzett permutációs tesztelésével erősítették meg (P = 0,0022). CDD childhood disintegrative disorder, SSC Simons Simplex Collection
Vizsgáltuk azt is, hogy a CDD jelölt gének koexpresszálódnak-e egymással. A 40 jelölt génből 11 legalább egy másik jelölt génnel együttesen fejeződik ki az összes agyi régióban és időszakon keresztül, r ≥ 0,7 Pearson korrelációs együtthatóval (3. ábra, Additional file 2: Table S7). 23 ilyen kapcsolat van, ami átlagosan 2,09 korreláció/gén és 0,779-es átlagos együtthatót jelent. A BrainSpan-adatkészletből véletlenszerűen kiválasztott 40 gén 100 000 iterációval végzett permutációs tesztelése azt mutatta, hogy a legalább 2,09 korrelációt/génnel rendelkező 11 gén megfigyelése szignifikáns (P = 0,036), csakúgy, mint a legalább 0,779 átlagos korrelációs együtthatóval rendelkező 11 gén megfigyelése (P = 0,019). Mindkét küszöbérték elérése szintén szignifikáns (P = 0,0059). Mivel a BrainSpan-adatkészlet szerint mind a 11 egymással koexprimált CDD-jelölt gén pozitív agyi expresszióval rendelkezik, 100 000 iterációval permutációs tesztelést is végeztünk 40 véletlenszerűen kiválasztott, agyi expresszióval rendelkező génnel a BrainSpanból. Míg a legalább 2,09 korrelációt/génnel rendelkező 11 gén megfigyelése nem szignifikáns (P = 0,066), a legalább 0,779 átlagos korrelációs együtthatóval rendelkező 11 gén megfigyelése szignifikáns (P = 0,022), akárcsak mindkét küszöbérték teljesítése (P = 0,011). A 11 koexprimált CDD-jelölt génkészlet és a fennmaradó 29, nem koexprimált génkészlet összehasonlítása nem mutatott szignifikáns különbséget az agyban expresszált gének aránya, a PhyloP-pontszámok vagy a PolyPhen-2 pontszámok között; azonban a koexprimált gének szignifikánsan intoleránsabbak a variációval szemben (átlagos RVIS -1,42 versus -0,15, t(35) = -2,91, P = 0,0062, független t-próba, kétfarkú). A génontológiai gazdagodási elemzés a Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery v6.8 (https://david.ncifcrf.gov/) segítségével a CDD jelölt gének teljes halmazára és a 11 koexpresszált génből álló alcsoportra vonatkozóan nem azonosította a GO-terminusok szignifikáns gazdagodását a P-értékek Benjamini-Hochberg korrekciója után.
Génkoexpressziós hálózatelemzés. A 40 CDD-jelölt génből tizenegy legalább egy másik jelölt génnel koexpresszálódik minden agyi régióban és időszakon keresztül, r ≥ 0,7 Pearson korrelációs együtthatóval (Additional file 2: Table S7), átlagosan 2,09 korreláció/gén (P = 0,036) és 0,779 átlagos együtthatóval (P = 0,019, permutációs tesztelés 100 000 iterációval 40 véletlenszerűen kiválasztott génen). A pozitív korrelációk kékkel, a negatív korrelációk pedig pirossal vannak jelölve. Minél nagyobb az együttható nagysága, annál szélesebbek és sötétebbek az élek. Egy csomópont mérete arányos a csomóponthoz tartozó élek számával
Neurális rendszerek
Az ASD-ben a szociális hiányosságok egyetemessége miatt a szociális érzékelést – beleértve az arcok érzékelését – kiszolgáló agyi rendszerek diszfunkciója az ASD-kutatás egyik fő fókuszpontja. Az arc és ház vizuális ingerek megbízhatóan aktiválják és szétválasztják a szocioemocionális (félelmetes arcok) és nem szocioemocionális (házak) információfeldolgozásban részt vevő rendszereket. Négy kohorszot vizsgáltunk: CDD (n = 7), LFASD (n = 7), HFASD (n = 14) és TD (n = 19). Annak ellenére, hogy az LFASD-ben szenvedő egyének száma nagyobb, mint a CDD-ben szenvedőké, a mintánk méretét még mindig korlátozta a jó minőségű neuroimaging (és szemkövetési) adatok megszerzésének nehézsége az alacsony funkcionalitású alanyoknál. Ennek ellenére tudomásunk szerint ez az első olyan bemutató, amely nem szedált fMRI-adatokat tartalmaz ASD-vel és markáns ID-vel rendelkező egyénekről.
Nem volt szignifikáns különbség a nem, az életkor, az intrakraniális térfogat és a szkennerben végzett fejmozgás tekintetében a négy kohorsz között. A CDD és LFASD csoportok az IQ és az autizmus súlyossága szerint sem különböztek szignifikánsan, a HFASD és TD csoportok pedig az IQ szerint sem (Additional file 2: S8 és S9 táblázatok). Először is, a 19 TD alanyunkból 12 felfedező mintát használtunk fel egy teljes agyi elemzésben az arcok feldolgozásában részt vevő érdekes régiók független lokalizációja érdekében a házakhoz képest. A 4a. ábra a ventrolaterális occipitotemporális kéreg azon régióit szemlélteti, ahol a TD alanyok jelentős arcok > házak aktivációt mutattak (Additional file 2: S10 táblázat). Ezek a régiók magukban foglalták az occipitotemporális arcérzékeny hálózat jól ismert csomópontjainak várható helyeit, beleértve a fusiform arcterületet és az occipitális arcterületet . Amint az a 4b. ábrán és a 2. kiegészítő fájlban: S11. táblázatban látható, az átlagos százalékos jelváltozás (arcok > házak) kivonása mind a négy csoportra azt jelezte, hogy a TD:validációs és HFASD csoportok összehasonlításakor, valamint az LFASD és CDD csoportok összehasonlításakor nincsenek csoportkülönbségek az arcokra adott válaszban a házakkal szemben ezekben a függetlenül meghatározott érdekes régiókban . Az arcok > házak válasza a CDD csoporton belül nem volt szignifikánsan nagyobb, mint nulla, ami arra utal, hogy az occipitotemporális arcérzékeny hálózat egészében véve nem érzékeny az arcokra. A HFASD-ben jól ismert az arcokra (szemben a házakkal) való hipoaktiváció a jobb oldali, középső fusiform gyrusban a TD-hez képest . Ezt a megállapítást meg tudtuk ismételni a kohorszunkban . Azonban az arcok > házak aktivitásának összehasonlítása CDD-ben a TD-hez képest nem mutatott szignifikáns különbséget , ahogyan a LFASD és TD csoportok összehasonlítása sem (Additional file 1: S2 ábra és Additional file 2: S12 táblázat).
A szocioemocionális (félelmetes arc) versus nem szocioemocionális (ház) vizuális ingerek feldolgozásában részt vevő érdekes agyi régiók (ROI). a A zöld színű agyi térkép jelzi a szignifikáns arcok > házak aktivációjának régióit a 12 TD alanyból álló felfedező mintában (Z > 3,09, teljes agyi korrekció klaszter-szinten P < 0,05). b Ezeket az egymástól függetlenül meghatározott ROI-kat használtuk fel a négy fennmaradó kohorsz, egy TD:validációs minta (n = 7), HFASD (n = 14), LFASD (n = 7) és CDD (n = 7) összehasonlítására. A sávdiagram az egyes kohorszok átlagos %-os jelváltozását (arcok > házak) mutatja. A csoportkülönbségek nem voltak szignifikánsak a TD:validációs és a HFASD csoportok összehasonlításakor, valamint az LFASD és a CDD csoportok összehasonlításakor . Az arcok > házak válasza a CDD csoporton belül nem volt szignifikánsan nagyobb a nullánál . A hibasávok az átlag standard hibáját jelzik. Minden P-értéket független t-teszttel számoltunk, és kétsarkúak. FFG fusiform gyrus, L balra, LOC laterális occipitális kéreg, MTG középső temporális gyrus, R jobbra
Az arcokra való érzékenység lehetséges hiánya miatt a ventrolaterális occipitotemporális kéregben a CDD-ben, a következő lépésben a CDD alanyok teljes agyi kiértékelését végeztük el, hogy lokalizáljuk az arcérzékelés neuroanatómiai szubsztrátjait ezeknél az egyéneknél. Amint az 5a. ábrán látható, a CDD alanyok arcok > házak aktivitását mutatták a középső frontális gyrus, a precentralis gyrus, a caudate (striatum), a thalamus, a hippokampusz és a kisagy (kiegészítő fájl 2: S13 táblázat). Ezek átfedésben vannak azokkal az agyi régiókkal, amelyekről megállapították, hogy a CDD jelölt gének legmagasabb szintű expresszióját mutatják (1. ábra). Amint azt az 5b. ábra és a Additional file 2: S14 táblázat mutatja, az ezekből az érdekes régiókból származó átlagos százalékos jelváltozás (arcok > házak) összehasonlítása szignifikáns különbséget mutatott a CDD és a HFASD között, de nem mutatott szignifikáns különbséget a CDD és az LFASD között. Az LFASD csoport a HFASD és a CDD csoportokhoz képest köztes fenotípust mutatott (5b. ábra).
CDD teljes agyi fMRI-elemzés. a A piros színű agyi térkép a CDD alanyoknál az arcok > házak jelentős aktivációjának régióit jelzi (Z > 3 .09, teljes agyi szinten korrigált klaszterszintű P < 0,05). b A sávdiagram az átlagos %-os jelváltozást (arcok > házak) jelzi ezeken a területeken belül az egyes kohorszok esetében: TD:felfedezés (n = 12), TD:validálás (n = 7), HFASD (n = 14), LFASD (n = 7) és CDD (n = 7). A CDD kohorsz jelentősen különbözött a HFASD-től, de nem az LFASD-től. A hibasávok az átlag standard hibáját jelzik. Minden P-értéket független t-teszttel számoltunk, és azok kétsarkúak. MFG középső frontális gyrus, PG precentralis gyrus
Szemnézési viselkedés
Szemkövetési adatokat gyűjtöttünk, hogy számszerűsítsük négy kohorszunk szociális fenotípusát, amint érzelmes arcokat néznek . Amint az Additional file 2: S15 és S16 táblázatokban látható, a csoportok nem különböztek szignifikánsan a nem, az életkor és a képen való teljes fixációs időtartam szerint. A CDD és LFASD csoportok szintén nem különböztek szignifikánsan az IQ és az autizmus súlyossága szerint, a HFASD és TD csoportok pedig nem különböztek szignifikánsan az IQ szerint. Amint a 6. ábrán látható, megismételjük a korábbi megállapításokat, miszerint a HFASD-ben a szemen való fixálás csökken, a szájon való fixálás pedig nő a TD-hez képest. Míg azonban az LFASD-s alanyok a szemek nézésével töltött idő százalékos aránya nem különbözött szignifikánsan a HFASD csoporttól , a CDD-s alanyok szignifikánsan többet fixálták a szemeket, mint a HFASD csoport. Egymáshoz képest a CDD és LFASD alanyok nem különböztek szignifikánsan a szemek nézésével töltött idő tekintetében. Az fMRI-eredményekhez hasonlóan (5b. ábra) az LFASD csoport a HFASD és a CDD csoporthoz képest köztes fenotípust mutatott (szem-száj arány, Additional file 2: Table S16).
Behaviorális elemzés szemkövetéssel. A grafikon sárga és zöld sávjai az arcok szemére, illetve szájára fixálással töltött idő (y tengely) átlagos százalékos arányát mutatják kohorszonként (x tengely): TD (n = 14), HFASD (n = 32), LFASD (n = 7), CDD (n = 5). A tekintet hőtérképek a csoportszintű tekintetadatokat szemléltetik az egyik olyan képen, amelyre a kísérleti személyek néztek. A TD alanyokhoz képest a HFASD alanyok csökkent fixációt mutatnak a szemekre és fokozott fixációt a szájra . Az LFASD alanyok a szemek nézésére fordított idő %-ában nem különbözött a HFASD alanyoktól, de a CDD alanyok szignifikánsan többet fixálták a szemeket, mint a HFASD alanyok. A hibasávok az átlag standard hibáját jelzik. Minden P-értéket független t-próbával számoltunk, és kétpontos
.