Association study in siblings and case-controls of serotonin- and oxytocin-related genes with high functioning autism

BACKGROUND Autism spectrum disorder (ASD) is heritable and neurodevelopmental with unknown causes. The serotonergic and oxytocinergic systems are of interest in autism for several reasons: (i) Both systems are implicated in social behavior, and abnormal levels of serotonin and oxytocin have been found in people with ASD; (ii) treatment with selective serotonin reuptake inhibitors and oxytocin can yield improvements; and (iii) previous association studies have linked the serotonin transporter (SERT; SLC6A4), serotonin receptor 2A (HTR2A), and oxytocin receptor (OXTR) genes with ASD. We examined their association with high functioning autism (HFA) including siblings and their interaction. METHODS In this association study with HFA children (IQ > 80), siblings, and controls, participants were genotyped for four single nucleotide polymorphisms (SNPs) in OXTR (rs2301261, rs53576, rs2254298, rs2268494) and one in HTR2A (rs6311) as well as the triallelic HTTLPR (SERT polymorphism). RESULTS We identified a nominal significant association with HFA for the HTTLPR s allele (consisting of S and LG alleles) (p = .040; odds ratio (OR) = 1.697, 95% CI 1.191-2.204)). Four polymorphisms (HTTLPR, HTR2A rs6311, OXTR rs2254298 and rs53576) in combination conferred nominal significant risk for HFA with a genetic score of ≥4 (OR = 2.09, 95% CI 1.05-4.18, p = .037). The resulting area under the receiver operating characteristic curve was 0.595 (p = .033). CONCLUSIONS Our findings, combined with those of previous reports, indicate that ASD, in particular HFA, is polygenetic rather than monogenetic and involves the serotonergic and oxytocin pathways, probably in combination with other factors

Endophänotypen beim Autismus - Untersuchung bei Kindern mit Autismus und ihren Geschwistern

Endophänotypen sind erbliche Merkmale, die mit Messverfahren sichtbar gemacht werden müssen. Dabei können sie durch ihre größere Nähe zu den Genen bei der Suche nach Risikogenen behilflich sein. Bei Personen mit Autismus und ihren Verwandten sind Defizite in den exekutiven Funktionen, Stärken in visuell-räumlichen Leistungen und Störungen der sozialen Interaktionen gefunden worden. Zudem stehen diese Merkmale mit Genen des Serotonin-, Dopamin- und Oxytocinsystems sowie für Zelladhäsionsmoleküle im Zusammenhang. Das Serotoninsystem beeinflusst zudem bestimmte Persönlichkeitseigenschaften. In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob Patienten mit Autismus-Spektrum-Störungen und ihre Verwandten sich in diesen Bereichen ähneln und sich Assoziationen mit Kandidatengenen der genannten Transmittersysteme bzw. für Zelladhäsionsmoleküle finden lassen. Dazu wurden 82 Patienten mit ASS im high-functioning-Bereich, 78 Geschwister von Patienten und 86 (davon 70 hypernormale) Kontrollpersonen zwischen 6 und 17 Jahren hinsichtlich der exekutiven Funktionen (Turm von London, Modified Card Sorting Test nach Nelson, Intra-Extradimensional-Shift), des Arbeitsgedächtnisses (Zahlen nachsprechen, Spatial Working Memory), der visuell-räumlichen Fähigkeiten (Mosaiktest, Children‘s Embedded Figures Test), des Sozialverhaltens (Skala zur Erfassung sozialer Reaktivität) und der Persönlichkeit (Hamburger Neurotizismus- und Extraversionsskala für Kinder und Jugendliche, Kinder-Angst-Test II) untersucht. Zudem wurden Polymorphismen des Serotonintransporter-Promotors (5-HTTLPR) und Dopamintransporter-Gens (DAT1), des Oxytocinrezeptor-Gens (OXTR) und des Contactinassociated- protein-like2-Gens (CNTNAP2) analysiert. Die Autismus- und Geschwistergruppe unterschieden sich signifikant im Turm von London, Modified Card Sorting Test, Mosaiktest, Children’s Embedded Figures Test, Hamburger Neurotizismus- und Extraversionsskala und Kinder-Angst-Test II von der Kontrollgruppe. Polymorphismen von 5-HTTLPR, OXTR und CNTNAP2, nicht aber von DAT1, hatten einen signifikanten Einfluss auf den Turm von London, Modified Card Sorting Test, Zahlen nachsprechen, Children’s Embedded Figures Test und der Skala zur Erfassung sozialer Reaktivität. In Übereinstimmung mit früheren Studien zeigten die Patienten mit ASS und ihre Geschwister eine Schwäche in den exekutiven Funktionen, aber unerwarteterweise auch in den visuell-räumlichen Leistungen. Der Zusammenhang zwischen den Kandidatengenen und den kognitiven Leistungen und das Sozialverhalten, aber nicht mit Persönlichkeitseigenschaften, konnte bestätigt werden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Komponenten der exekutiven Funktionen, visuell-räumlichen Leistungen und Persönlichkeitseigenschaften geeignete Endophänotypen für den Autismus zu sein scheinen. Allerdings sind bei den kognitiven Leistungen die Gruppenunterschiede in den einzelnen Tests und über die Konstrukte hinweg inkonsistent, sodass deren Nutzen als Endophänotypen aus dieser Arbeit nicht eindeutig hervorgeht

High-resolution chromosomal microarray analysis for copy-number variations in high-functioning autism reveals large aberration typical for intellectual disability

Copy-number variants (CNVs), in particular rare, small and large ones ( 1 Mb) CNVs as reported in ASD and ID. We performed high-resolution chromosomal microarray analysis in 108 children and adolescents with HFA without ID. There was no significant difference in the overall number of rare CNVs compared to 124 random population samples. However, patients with HFA carried significantly more frequently CNVs containing brain-related genes. Surprisingly, six HFA patients carried very large CNVs known to be typically present in ID. Our findings provide new evidence that not only small, but also large CNVs affecting several key genes contribute to the genetic etiology/risk of HFA without affecting their intellectual ability

Autism spectrum disorder associated with low serotonin in CSF and mutations in the SLC29A4 plasma membrane monoamine transporter (PMAT) gene

Background Patients with autism spectrum disorder (ASD) may have low brain serotonin concentrations as reflected by the serotonin end-metabolite 5-hydroxyindolacetic acid (5HIAA) in cerebrospinal fluid (CSF). Methods We sequenced the candidate genes SLC6A4 (SERT), SLC29A4 (PMAT), and GCHFR (GFRP), followed by whole exome analysis. Results The known heterozygous p.Gly56Ala mutation in the SLC6A4 gene was equally found in the ASD and control populations. Using a genetic candidate gene approach, we identified, in 8 patients of a cohort of 248 with ASD, a high prevalence (3.2%) of three novel heterozygous non-synonymous mutations within the SLC29A4 plasma membrane monoamine transporter (PMAT) gene, c.86A > G (p.Asp29Gly) in two patients, c.412G > A (p.Ala138Thr) in five patients, and c.978 T > G (p.Asp326Glu) in one patient. Genome analysis of unaffected parents confirmed that these PMAT mutations were not de novo but inherited mutations. Upon analyzing over 15,000 normal control chromosomes, only SLC29A4 c.86A > G was found in 23 alleles (0.14%), while neither c.412G > A ( G (<0.007%) were observed in all chromosomes analyzed, emphasizing the rareness of the three alterations. Expression of mutations PMAT-p.Ala138Thr and p.Asp326Glu in cellulae revealed significant reduced transport uptake activity towards a variety of substrates including serotonin, dopamine, and 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+), while mutation p.Asp29Gly had reduced transport activity only towards MPP+. At least two ASD subjects with either the PMAT-Ala138Thr or the PMAT-Asp326Glu mutation with altered serotonin transport activity had, besides low 5HIAA in CSF, elevated serotonin levels in blood and platelets. Moreover, whole exome sequencing revealed additional alterations in these two ASD patients in mainly serotonin-homeostasis genes compared to their non-affected family members. Conclusions Our findings link mutations in SLC29A4 to the ASD population although not invariably to low brain serotonin. PMAT dysfunction is speculated to raise serotonin prenatally, exerting a negative feedback inhibition through serotonin receptors on development of serotonin networks and local serotonin synthesis. Exome sequencing of serotonin homeostasis genes in two families illustrated more insight in aberrant serotonin signaling in ASD