GENETYCZNE UWARUNKOWANIA ZABURZEŃ AUTYSTYCZNYCH*
advertisement
© IMiD, Wydawnictwo Aluna Developmental Period Medicine, 2013, XVII,207 3 C Z Ę Ś Ć I I ./ PA R T I I PR ACE POGL Ą DOWE / R E VI E WS A RTI CL ES Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik1, Monika Kastory-Bronowska2, Paweł Stankiewicz1,3 GENETYCZNE UWARUNKOWANIA ZABURZEŃ AUTYSTYCZNYCH* GENETIC BASES OF AUTISM SPECTRUM DISORDERS 1 Zakład Genetyki Medycznej Instytut Matki i Dziecka, Warszawa 2 Ośrodek Wczesnej Interwencji Polskiego Stowarzyszenia na Rzecz Osób z Upośledzeniem Umysłowym, Warszawa 3 Department of Molecular & Human Genetics Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA Streszczenie Choroby ze spektrum zaburzeń autystycznych należą do etiologicznie i klinicznie heterogennej grupy całościowych zaburzeń neurorozwojowych dotyczących ok. 0,6-1% ogólnej populacji dzieci. Charakteryzują się one występowaniem zaburzenia relacji społecznych, upośledzenia umiejętności komunikowania się i rozwoju mowy oraz zachowań cechujących się stereotypią i powtarzalnością. Znaczny wpływ czynników genetycznych na powstanie i rozwój zaburzeń autystycznych został potwierdzony w ostatnich kilku latach w licznych badaniach, które wykazały zmiany liczby kopii fragmentów DNA u około 10% chorych, a mutacje punktowe genów u 10-20% pacjentów. Większość nieprawidłowości zidentyfikowanych u osób z zaburzeniami autystycznymi dotyczy genów kodujących białka odpowiedzialne głównie za rozwój neuronów, funkcjonowanie synaps i rozmaite ścieżki sygnalizacji wewnątrz neuronów. W związku z dużą heterogennością zmian stwierdzanych w genomie osób z zaburzeniami autystycznymi, najnowsze techniki umożliwiające analizę całego genomu w jednym badaniu (mikromacierze, sekwencjonowanie DNA nowej generacji) stają się metodami z wyboru w badaniu tej patologii. Słowa kluczowe: zaburzenia ze spektrum autyzmu, aberracje chromosomowe, porównawcza hybrydyzacja genomowa do mikromacierzy, sekwencjonowanie DNA nowej generacji Abstract Autism spectrum disorders (ASDs) are an etiologically and clinically heterogeneous group of neurodevelopmental disorders affecting approximately 0.6-1% of the general population. ASDs are characterized by deficits in social communication, impaired language development, and stereotyped repetitive behaviour. The impact of genetic factors in ASDs has been confirmed in the past few years. Numerous studies have shown that among patients with ASDs, approximately 10% have DNA copynumber variation and 10-20% point mutations. Most of the deficiencies identified in individuals with ASDs relate to genes encoding proteins involved mainly in the development of neurons and their synapses functioning in various signaling pathways. Due to the large heterogeneity of identified changes in the genome of individuals with ASDs, the newest techniques enabling analysis of the entire genome in one study (microarrays, next-generation sequencing) are the methods of choice in the diagnostics of this pathology. Key words: Autism spectrum disorders, copy-number variants, array comparative genomic hybridization, next generation sequencing DEV. PERIOD MED., 2013, XVII, 3, 207223 *Praca została wykonana w ramach grantu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego Nr R13-0005-04/2008. 208 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. 1. WSTĘP 1.1. Definicja i klasyfikacja Autyzm jako jednostka chorobowa został wyodrębniony oraz opisany po raz pierwszy w 1943 r. przez austriackiego pediatrę Leo Kannera (1). Według Międzynarodowej Klasyfikacji ICD-10 oraz Diagnostyczno-Statystycznego Podręcznika Zaburzeń Psychiatrycznych DSM IV (ang. the Diagnostic and Statistical Manual, 4th edition) autyzm dziecięcy należy do etiologicznie i klinicznie heterogennej grupy całościowych zaburzeń neurorozwojowych (PDDs ang. pervasive developmental disorders). Charakteryzuje się on występowaniem zaburzenia relacji społecznych, upośledzenia umiejętności komunikowania się i rozwoju mowy oraz zachowań cechujących się schematyzmem i ograniczonym repertuarem zainteresowań i aktywności. Pierwsze objawy autystyczne pojawiają się u dzieci przed ukończeniem 3. roku życia i mogą być widoczne już w okresie niemowlęcym (2, 3). Poza autyzmem, PDDs obejmują także zespół Aspergera oraz niespecyficzne całościowe zaburzenia rozwojowe (PDDs-NOS, ang. pervasive developmental disorders not otherwise specified), wspólnie klasyfikowane od lat 90-tych jako zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASDs, ang. autism spectrum disorders) (4). Pacjenci z zespołem Aspergera mają łagodniejsze objawy, bez znaczącego klinicznie opóźnienia rozwoju mowy i funkcji poznawczych, natomiast PDDs-NOS odnosi się do pacjentów, którzy nie spełniają wszystkich kryteriów dla któregoś z pozostałych całościowych zaburzeń rozwoju (3). W celu wczesnej identyfikacji autyzmu Amerykańska Akademia Pediatrii zaleca badanie wszystkich dzieci i niemowląt już w wieku 12 miesięcy oraz powtórnie w 24. miesiącu życia. W ustaleniu rozpoznania pomagają wystandaryzowane skale ocen, takie jak ADI-R (ang. Autism Diagnostic Interview-Revised) oparta na wywiadzie przeprowadzonym z rodzicami dziecka podejrzewanego o autyzm czy ADOS (ang. Autism Diagnostic Observation Schedule) oparta na obserwacji zachowania dziecka (5-7). 1.2. Częstość występowania ASDs należą do jednych z najczęstszych zaburzeń neurorozwojowych i są 4-krotnie częstsze wśród chłopców niż u dziewczynek. W grupie pacjentów o lekkim przebiegu choroby przewaga płci męskiej jest jeszcze większa. Natomiast w przypadku występowania autyzmu w stopniu ciężkim proporcje między dziewczynkami a chłopcami są porównywalne (8, 9). Związek pomiędzy płcią a zachorowaniem na autyzm od dawna stanowi przedmiot intensywnych badań naukowych. Zgodnie z jedną z teorii zaproponowaną w 1997 r., mózgi chorych obu płci wykazują skrajnie męskie cechy zarówno jeśli chodzi o sposób funkcjonowania, jak i ich budowę anatomiczną. Wśród stwierdzanych zaburzeń wymienić można takie jak niski poziom zdolności do odczuwania empatii, skłonność do działań usystematyzowanych oraz kłopoty w komunikacji, które są wyostrzeniem typowych cech męskich. Jedna z hipotez zakłada, że zaburzenia w rozwoju mózgu u dzieci z autyzmem mogą być efektem podwyższonego poziomu testosteronu w okresie prenatalnym, jednak dotychczas nie ma jednoznacznego wyjaśnienia dla występowania tak istotnych różnic w zachorowalności u chłopców i dziewczynek (9). Na podstawie przeprowadzonych ostatnio badań szacuje się, że częstość występowania autyzmu klasycznego wynosi 0,2-0,3%, a ASDs 0,6-1% (10, 11). Wyniki badań epidemiologicznych przeprowadzonych na przestrzeni lat sugerują, że liczba zdiagnozowanych zachorowań uległa zwiększeniu (11, 12). Jednak wzrost ten może również wynikać, przynajmniej częściowo, z poszerzenia kryteriów diagnostycznych, pozwalających uwzględnić przypadki uprzednio inaczej klasyfikowane (11, 13). Badania w których stwierdzono największy wzrost częstości zaburzeń autystycznych wykazały jednocześnie niższą częstość współwystępowania niepełnosprawności intelektualnej (NI) u dzieci z ASDs niż to miało miejsce w poprzednich badaniach. Potwierdza to teorię, że w badaniach epidemiologicznych prowadzonych pod koniec ubiegłego wieku lepiej funkcjonujące dzieci z mniejszymi zaburzeniami były diagnozowane nieprawidłowo. Konieczne jest prowadzenie dalszych badań w tym zakresie (14, 15). 1.3. Różnorodność fenotypowa ASDs są zaburzeniami o wciąż mało poznanym mechanizmie patogenezy i złożonej, wieloczynnikowej etiologii. Na heterogenny charakter przyczyn ASDs wskazuje bardzo duże kliniczne zróżnicowanie pacjentów, od niemal niezauważalnych objawów do współwystępowania NI, które dotyczy ok. 30-50% pacjentów (16). Ponadto u chorych mogą wystąpić inne zaburzenia: rozwojowe, somatyczne lub psychiczne, np. zaburzenia snu czy problemy żołądkowo-jelitowe. Około 25-37% osób z ASDs ma współistniejącą padaczkę, której częstość występowania koreluje z obniżonym ilorazem inteligencji (IQ). U dzieci z autyzmem często występują również nietypowe zmiany w badaniu EEG, nawet wówczas gdy nie pojawiają się u nich napady drgawkowe (11, 17, 18). Kolejnym typowym zaburzeniem współwystępującym z ASDs jest zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD, ang. Attention Deficit Hyperactivity Disorder), diagnozowany u około jednej czwartej pacjentów (16). Badania wskazują również, że u ok. 20% chorych z ASDs występuje makrocefalia. Ocenia się, że może być ona wynikiem przyśpieszonego wzrostu mózgu w pierwszych latach życia (19). Cecha ta jest charakterystyczna szczególnie u dzieci z mutacją w genach PTEN lub CHD8, z delecją chromosomów 16p11.2 lub 17q12 oraz duplikacją chromosomu 1q21.1 (20-22a). 2. ETIOLOGIA ASDs 2.1. Niegenetyczne przyczyny ASDs Od czasu zakwalifikowania autyzmu do osobnej kategorii diagnostycznej wiedza na temat jego przyczyn uległa zasadniczej zmianie. Oprócz czynników genetycznych, w etiologii tej choroby ważne są również czynniki środowiskowe. Początkowo wysuwano hipotezę, że przyczyną autyzmu jest emocjonalne odrzucenie dziecka przez matkę w okresie noworodkowym („teoria zimnej matki”). W latach sześćdziesiątych koncepcja ta została jednak całkowicie zanegowana. Obecnie wiadomo, że brak Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych 209 kontaktu emocjonalnego między matką a dzieckiem jest objawem, a nie przyczyną autyzmu. Jednak piętno winy, jakie zostało nałożone na rodziny, a przede wszystkim na matki chorych dzieci, towarzyszyło im jeszcze przez długie lata (11). Stwierdzono również, że warunki życia płodowego i porodu dzieci autystycznych, były gorsze niż u dzieci zdrowych. Najczęściej wymienia się tutaj infekcje podczas ciąży i porodu takie jak cytomegalia, opryszczkowe zapalenie mózgu, różyczka, a także przedwczesny poród i małą urodzeniową masę ciała. Czynnikami związanymi z ryzykiem wystąpienia zaburzeń autystycznych mogą być również leki przyjmowane przez kobiety ciężarne. Jednakże wyniki badań nie są jednoznaczne, a czynniki ryzyka związane z przebiegiem ciąży nie występują we wszystkich ciążach, z których rodzą się dzieci z autyzmem (23, 24). Badania kliniczne nie potwierdziły natomiast związku pomiędzy szczepieniami dzieci (szczególnie szczepionką MMR) i autyzmem (11). U niektórych osób dotkniętych autyzmem znaleziono również pewne anomalie strukturalne mózgu. Badacze sugerują, że u tych pacjentów mamy do czynienia z niedorozwojem szlaków nerwowych odpowiadających za funkcje ruchowe, poznawcze i komunikację (19, 25). U niewielkiej grupy osób z ASDs współwystępują zaburzenia neurologiczne takie jak zespoły Moebiusa lub Landau i Kleffnera. Pierwszy z nich charakteryzuje się porażeniem szóstego i siódmego nerwu czaszkowego, natomiast cechami charakterystycznymi drugiego zespołu są afazja nabyta, napady padaczkowe oraz charakterystyczny rodzaj zapisu EEG w czasie snu (26, 27). Wyjaśnienie roli niegenetycznych czynników w powstawaniu ASDs wymaga dalszych badań dotyczących niekorzystnych zdarzeń lub okoliczności w okresie prenatalnym w powiązaniu z ich interakcjami z czynnikami genetycznymi i neurologicznymi. monogenowe takie jak: zespół kruchego chromosomu X (gen FMR1), zespół Retta (MECP2), stwardnienie guzowate (TSC1), neurofibromatoza typu 1 (NF1), zespół Cowdena (PTEN), zespół Jouberta (AHI1) oraz zespół Timothy (CACNA1C), a także zespół Smitha, Lemliego i Opitza (DHCR7). Ponadto zaburzenia autystyczne stwierdza się u niektórych chorych na fenyloketonurię (11, 31, 32) (tab. I). W celu potwierdzenia diagnozy tych chorób lub zespołów, metodą z wyboru jest celowane badanie najczęściej z wykorzystaniem technik PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) lub FISH (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ). Natomiast u osób z cechami dysmorfii, u których nie jest rozpoznany zespół genetyczny współwystępujący z cechami autystycznymi, większe możliwości diagnostyczne daje zastosowanie metod analizy całego genomu, takich jak mikromacierze lub sekwencjonowanie DNA nowej generacji. 2.2. Podłoże genetyczne 2.2.3. Zmiany liczby kopii fragmentów DNA (CNVs) Badania ostatnich lat z wykorzystaniem technik porównawczej hybrydyzacji genomowej do mikromacierzy (aCGH, ang. array comparative genomic hybridization) oraz mikromacierzy SNP-owych wykazały, że zmiany liczby kopii fragmentów DNA (CNVs, ang. copy-number variants) są ważnym czynnikiem etiologicznym zaburzeń autystycznych i potwierdzają istotną rolę ich genetycznego uwarunkowania. Jedne z pierwszych badań wykazujących powiązanie CNVs z ASDs zostały opisane przez Sebata i wsp. Zidentyfikowali oni aberracje powstałe de novo u 10% rodzin, w których urodziło się tylko jedno chore dziecko z ASDs oraz u 3% rodzin, w których przynajmniej dwoje dzieci miało różnego rodzaju zaburzenia ze spektrum autyzmu (35). Podobne wyniki uzyskali Marshall i wsp., którzy stwierdzili nieprawidłowości genomowe u 7% pacjentów, u których brak było obciążonego wywiadu rodzinnego oraz u 2% z rodzinnym występowaniem zaburzeń autystycznych (36). Natomiast Levy i wsp. opisali zmiany liczby kopii fragmentów DNA u 7,9% pacjentów z ASDs w badaniu dużej grupy rodzin, które posiadały jedno dziecko z ASDs oraz jego zdrowe rodzeństwo (37). Najwyższą częstość występowania submikroskopowych Genetyczną etiologię udaje się obecnie potwierdzić jedynie u ok. 25-35% pacjentów z ASDs. Na znaczny wpływ czynników genetycznych na rozwój zaburzeń autystycznych wskazuje występowanie ASDs u ok. 60-90% bliźniąt monozygotycznych i jedynie do 10% u bliźniąt heterozygotycznych (28). Ponadto, obecność autyzmu u dziecka zwiększa prawdopodobieństwo urodzenia kolejnego potomka z tym zaburzeniem o ok. 5-10% lub o 20%, gdy uwzględni się całe spektrum zaburzeń autystycznych (29). U krewnych osób autystycznych, częściej niż w ogólnej populacji, spotyka się zaburzenia rozwojowe i poznawcze (30). Szerokie spektrum symptomów ASDs sugeruje, że do powstania tych zaburzeń przyczynia się wiele genów. Prawdopodobne jest także, że zaburzenia powstają w następstwie interakcji czynników genetycznych i środowiskowych. Wyniki najnowszych badań genetycznych u dzieci z ASDs wskazują, że mechanizm powstawania tych zaburzeń jest bardzo złożony. 2.2.1. Choroby jednogenowe ze współistnieniem ASDs U około 10% pacjentów z ASDs identyfikuje się mutacje odpowiedzialne za znane choroby lub zespoły 2.2.2. Aberracje chromosomowe Aberracje chromosomowe stwierdzane w kariotypie ocenianym metodą klasyczną występują u około 3-6% pacjentów z ASDs. Należą do nich chromosomy markerowe, translokacje, inwersje oraz delecje i duplikacje (12, 31, 33). Do najczęstszych aberracji (1-3%) należy dodatkowy izodicentryczny chromosom 15 pochodzenia matczynego oraz interstycjalne duplikacje lub triplikacje regionu 15q11q13. Dodatkowe kopie tego regionu manifestują się także występowaniem u pacjentów takich zaburzeń jak padaczka, mikrocefalia lub makrocefalia i znaczne opóźnienie rozwoju (34). Ponadto, u pacjentów z ASDs stwierdza się również aneuploidie chromosomów: 21 (zespół Downa), X (zespoły Turnera i Klinefeltera) oraz Y (zespół nadmężczyzny). Szacuje się, że u około 7% osób z zespołem Downa występuje autyzm (11). 1p36.22 2p16.3 2q24.2 2q24.3 2q24.3 3p32.2 3p13 3q26.32 5p14.2 5p14.1 5q34q35.1 NRXN1 TBR1 SCN2A SCN1A CNTN4 FOXP1 TBL1XR1 CDH10 CDH9 SLIT3 1p13.3 Locus CLCN6 NTNG1 Gen Gene ASDs ASDs, schizofrenia, padaczka, ADHD, NI, opóźnienie rozwoju mowy, nadpobudliwość, depresja, problemy z nauką ASDs, schizophrenia, epilepsy, ADHD, NI, speech delay, hyperac!vity, depression, learning difficul!es Schizofrenia, ASDs Schizophrenia, ASDs Podjednostka kanału chlorkowego w układzie nerwowym Member of voltage-dependent chloride channel in the nervous system Cząsteczka adhezyjna i receptor komórek nerwowych, tworzenie i stabilzacja połączeń synaptycznych Cell adhesion molecule and a receptor in the nervous system, forma!on and maintenance of synap!c junc!ons Czynnik transkrypcyjny, prawidłowy rozwój mózgu Transcrip!on factor required for normal brain development Podjednostka kanału sodowego Sodium channel, voltage-gated, type II, alpha subunit Podjednostka kanału sodowego Sodium channel, voltage-gated, type I, alpha subunit Cząsteczka adhezyjna komórek nerwowych Axonal-associated cell adhesion molecule Czynnik transkrypcyjny Transcrip!on factor Aktywacja transkrypcji Transcrip!on ac!va!on Cząsteczka adhezyjna komórek nerwowych Neuronal cell-adhesion molecule Cząsteczka adhezyjna komórek nerwowych Neuronal cell-adhesion molecule Białko odpowiedzialne za ukierunkowanie migracji aksonu Protein, that regulates axon guidance mutacje muta!ons mutacje, CNVs muta!ons, CNVs mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons Depresja, schizofrenia, ASDs Depression, schizophrenia, ASDs ASDs ASDs ASDs NI, ASDs ID, ASDs ASDs, ASDs, padaczka ASDs, epilepsy ASDs, padaczka ASDs, epilepsy Schizofrenia, ASDs Schizophrenia, ASDs Cechy kliniczne Clinical features Prawidłowa organizacja aksonów w trakcie rozwoju układu nerwowego Protein ac!ng as axon guidance cues during nervous system development Kodowane białko/funkcja genu Encoded protein/gene funcon mutacje muta!ons Mutacje/CNVs Mutaons/CNVs Tabela I. Znane geny uczestniczące w powstawaniu ASDs. Table I. Known genes responsible for ASDs. (53) (81) (81) (52) (32, 54) (11) (32, 54) (49, 50) (52) (12, 61, 66-68) (53) (51) Piśmiennictwo Literature 210 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. 6p21.32 6q23.3 7p15.3 7q22.1 7q36.1 8p23.3 8q12.2 8q21.3 9p13.3 9q31.1 9q34.12 9q34.13 SYNGAP1 AHI1 HOXA1 RELN CNTNAP2 DLGAP2 CHD7 RIPK2 UNC13B ABCA1 LAMC3 TSC1 Tabela I. Cd. Table I. Cont. (86) (32) (53) (53) ASDs ASDs Ogniskowa dysplazja korowa, ASDs, NI, padaczka, schizofrenia, zaburzenie dwubiegunowe Focal cor!cal dysplasia, ASDs, ID, epilepsy, schizophrenia, bipolar disorder ASDs Zespół CHARGE, ASDs CHARGE syndrome, ASDs ASDs ASDs Zaburzenie dwubiegunowe, schizofrenia, ASDs Bipolar disorder, schizophrenia, ASDs ASDs, NI ASDs, ID Stwardnienie guzowate współwystępujące z ASDs Tuberous sclerosis Czynnik transkrypcyjny Transcrip!on factor Prawidłowa migracja komórek nerwowych podczas rozwoju mózgu Cell posi!oning and neuronal migra!on during brain development Cząsteczka adhezyjna i receptor w układzie nerwowym Cell adhesion molecule and receptor in the nervous system Prawidłowa budowa synaps i przekazywanie sygnałów między neuronami Molecular organiza!on of synapses and neuronal cell signaling Białko remodelujące chromatynę Chroma!n remodeling Białko oddziaływujące z kinazą p38 Interacts with p38 kinase Dojrzewanie pęcherzyków synaptycznych Synap!c vesicle matura!on in a subset of excitatory/ /glutamatergic synapses Białko wpływające m.in. na strukturę i funkcjonowanie neuronów Neuronal structure and func!on Laminina, odgrywa rolę w fałdowaniu się kory mózgowej Laminin, plays a role in forming the convolu!on of the cerebral cortex Regulacja lokalnej translacji w neuronach Regula!on of protein synthesis in a wide range of cell types including neurons delecje dele!ons mutacje, CNVs muta!ons, CNVs CNVs mutacje, delecje muta!ons, dele!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons (64) (54) (53) (32) (62) (32) (11, 32) mutacje muta!ons Zespół Jouberta Joubert syndrome Prawidłowy rozwój kory mózgowej i móżdżku Cerebellar and cor!cal development in humans (62) mutacje muta!ons ASDs, NI ASDs, ID Rozwój funkcji poznawczych i prawidłowe funkcjonowanie synaps Development of cogni!on and proper synapse func!on mutacje, CNVs muta!ons, CNVs Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych 211 Zespół Smitha, Lemliego i Opitza, ASDs Smith-Lemli-Opitz syndrome, ASDs ASDs, NI, schizofrenia ASDs, ID, schizophrenia ASDs, makrocefalia ASDs, macrocephaly Stwardnienie guzowate Tuberous sclerosis Neurofibromatoza, ASDs Neurofibromatosis, ASDs Reduktaza 7-dehydrocholesterolu 7-Dehydrocholesterol Reductase Prawidłowa budowa i funkcjonowanie kolców dendrytycznych oraz synaps Structural and func!onal organiza!on of the dendri!c spine and synap!c junc!on Receptor serotoniny 5-hydroxytryptamine (serotonin) receptor 3A Podjednostka receptora glutaminergicznego (NMDA) Glutamate receptor ionotropic, NMDA 2B Podjednostka kanału wapniowego Calcium channel, voltage-dependent, L type, alpha 1C subunit Białko remodelujące chromatynę Chroma!n remodeling Regulacja lokalnej translacji w neuronach Regula!on of protein synthesis in a wide range of cell types including neurons Stymulacja aktywności GTPazowej białka RAS i regulacja szlaku RAS/MAPK S!mulates the GTPase ac!vity of Ras signaling pathway Białko degradujące mikrotubule, ATP-zależne Microtubule-severing ATPase ac!vity Regulacja proliferacji komórek Plays a role in a signaling pathway regula!ng cell prolifera!on mutacje muta!ons mutacje, delecje muta!ons, dele!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje, CNVs muta!ons, CNVs 11q13.2 q13.5 11q13.3 11q23.2 12p13.1 12p13.3 14q11.2 16p13.3 17q11.2 18q21.1 21q22.13 DHCR7 SHANK2 HTR3A GRIN2B CACNA1C CHD8 TSC2 NF1 KATNAL2 DYRK1A (49, 50) (52, 52a) Większość cech fenotypowych w zespole Downa, ASDs, NI, mikrocefalia Majority of phenotypic features in Down syndrome, ASDs, ID, microcephaly (32) (11, 64) (49, 52) (11, 32) (52, 54) (54) (78) (23, 32) (11, 20, 83, 87) (53) ASDs Zespół Timothy, ASDs Timothy syndrome, ASDs ASDs, ADHD, schizofrenia ASDs, ADHD, schizophrenia ASDs Zespół Cowdena, ASDs, makrocefalia Cowden syndrome, ASDs, macrocephaly Regulacja cyklu komórkowego, inhibitor szlaku kinazy AKT Modula!ng cell cycle, inhibi!on of the AKT signaling pathway mutacje muta!ons PTEN 10q23.3 Zaburzenie dwubiegunowe, ASDs Bipolar disorder, ASDs Białko łączące białka błonowe z cytoszkieletem Protein that link the integral membrane proteins to the underlying spectrin-ac!n cytoskeleton 10q21.2 ANK3 mutacje muta!ons Tabela I. Cd. Table I. Cont. 212 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. ASDs, NI ASDs, ID ASDs, NI ASDs, ID ASDs, NI ASDs, ID ASDs, NI ASDs, ID Zespół łamliwego chromosomu X, NI, ASDs Fragile X syndrome, ID, ASDs Zespół Re:a, ASDs, NI Re& syndrome, ASDs, ID Białka powierzchniowe neuronów, prawidłowe funkcjonowanie oraz różnicowanie się synaps Neuronal cell surface protein involved in the forma!on and remodeling of central nervous system synapses Białko zaangażowane w przebieg cyklu komórkowego, transkrypcję rDNA, rozwój mózgu Cell cycle progression, rDNA transcrip!on and brain development Różnicowanie i proliferacja komórek nerwowych Neural differen!a!on and prolifera!on Białka powierzchniowe neuronów, prawidłowe funkcjonowanie oraz różnicowanie się synaps Neuronal cell surface protein, involved in the forma!on and func!on of synapses Represor translacji Transla!on repressor Białko jądrowe wiążące się do metylowanego DNA, dojrzewanie neuronów, regulacja procesu apoptozy neuronów, rozwój móżdżku, regulacja postsynaptycznego potencjału błonowego, regulacja transkrypcji innych genów Chromosomal protein that binds to methylated DNA, neuron matura!on, nega!ve regula!on of neuron apopto!c process, cerebellum development, regula!on of postsynap!c membrane poten!al, regula!on of transcrip!on Transporter kreatyny Crea!ne transporter Enzym uczestniczący w syntezie karnityny Enzyme in the carni!ne biosynthesis pathway mutacje, CNVs muta!ons, CNVs mutacje muta!ons mutacje muta!ons mutacje, CNVs muta!ons, CNVs mutacje muta!ons mutacje, CNVs muta!ons, CNVs mutacje muta!ons mutacje muta!ons Xp22.31 p22.32 Xp11.22 Xp11.22 Xq13.1 Xq27.3 Xq28 Xq28 Xq28 NLGN4 PHF8 HUWE1 NLGN3 FMR1 MECP2 SLC6A8 TMLHE ASDs Zespół niedoboru kreatyny, NI, ASDs, Crea!ne deficiency syndrome, ID, ASDs ASDs, NI ASDs, ID Prawidłowe funkcjonowanie synaps The proper func!oning of synapses mutacje, CNVs muta!ons, CNVs PTCHD1 Xp22.11 Zespół Phelan i McDermid, ASDs, schizofrenia Phelan-McDermid syndrome, ASDs, schizophrenia Prawidłowa budowa i funkcjonowanie kolców dendrytycznych oraz synaps Structural and func!onal organiza!on of the dendri!c spine and synap!c junc!on 22q13.33 SHANK3 mutacje, delecje muta!ons, dele!ons Tabela I. Cd. Table I. Cont. (56, 56 a) (32) (11, 87) (11, 87) (64, 86) (56) (56) (69-71, 86) (62, 80) (64, 74-76) Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych 213 7q35q36 3q29 delecje dele!ons delecje dele!ons 2q37 delecje dele!ons 7q31.2 2q31.1 delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons 1q41q42 delecje dele!ons 7q11.23 1q21.1 delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons duplikacje duplica!ons Locus CNV Udział w rozwoju mózgu i różnicowaniu neuronów Involved in brain development and neuronal differen!a!on Cząsteczka adhezyjna i receptor w układzie nerwowym Adhesion molecule and a receptor in the nervous system EN2, CNTNAP2 MET WNT2, Czynnik transkrypcyjny, rozwój mowy Transcrip!on factor, development of speech Białko sygnałowe Secreted signaling protein Receptorowa kinaza tyrozynowa Receptor tyrosine kinase Deacetylaza histonowa, regulacja transkrypcji Histone deacetylase 4, transcrip!onal regula!on ASDs ASDs (86) (86) (48, 84, 87) (88) ASDs, NI, schizofrenia, zaburzenie dwubiegunowe ASDs, ID, schizophrenia, bipolar disorder Zespół duplikacji 7q11.23, ASDs, schizofrenia, NI, zaburzenie dwubiegunowe 7q11.23 duplica!on syndrome, ASDs, schizophrenia, ID, bipolar disorder (32) (86) Monosomia 2q37, ASDs 2q37 monosomy, ASDs ASDs Mitochondrialne białko nośnikowe, wymiana asparaginianu i glutaminianu Calcium-binding mitochondrial carrier protein, exchange of aspartate for glutamate across the inner mitochondrial membrane (86) (42, 84, 86, 87) Zespoły delecji/duplikacji 1q21.1, ASDs padaczka, cechy dysmorficzne, schizofrenia, NI, zaburzenia dwubiegunowe, małogłowie, wielkogłowie 1q21.1, dele!on/duplica!on syndrome, ASDs, epilepsy, dysmorphic features, schizophrenia, ID, bipolar disorder, microcephaly, macrocephaly ASDs Piśmiennictwo Literature Cechy kliniczne Clinical features Kinaza białkowa, regulacja dynamiki mikrotubul i polaryzacji komórek Serine/threonine-protein kinase, cell polarity and microtubule dynamics regula!on Kodowane białko/funkcja genu Encoded protein/gene funcon FOXP2, - - HDAC4 SLC25A12 MARK1 - Gen kandydat Gene candidate Tabela II. Powtarzające się CNVs identyfikowane u pacjentów z ASDs. Table II. Recurrent CNVs iden!fied in pa!ents with ASDs. 214 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. 15q11q13 15q13.3 16p13.11 16p11.2 17p11.2 17q11.2 duplikacje duplica!ons delecje dele!ons delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons delecje dele!ons Tabela II. Cd. Table II. Cont. SLC6A4 RAI1 KCTD13 - CHRNA7 SNRPN UBE3A, Zespół Smith i Magenis, zespół Potockiej i Lupskiego, ASDs Smith-Magenis syndrome, Potocki-Lupski syndrome, ASDs ASDs, schizofrenia ASDs, schizophrenia Transporter serotoniny z przestrzeni synaptycznej do neuronów postsynaptycznych Membrane protein that transports the neurotransmi&er serotonin from synap!c spaces into presynap!c neurons ASDs i wielkogłowie, schizofrenia i małogłowie, NI, zaburzenie dwubiegunowe ASDs and macrocephaly, schizophrenia and microcephaly, ID, bipolar disorder Białko remodelujące chromatynę Chroma!n remodeling Podjednostka kanału potasowego Potassium channel domain Schizofrenia, NI, ASDs, zaburzenie dwubiegunowe Schizophrenia, ID, ASDs, bipolar disorder Podjednostka receptora acetylocholinowego w synapsach Neuronal Acetylcholine Receptor Subunit Alpha-7 Schizofrenia, NI, ASDs, zaburzenie dwubiegunowe Schizophrenia, ID, ASDs, bipolar disorder Zespół duplikacji 15q11q13, ASDs, NI, padaczka, schizofrenia, zaburzenie dwubiegunowe 15q11q13 duplica!on syndrome, ASDs, ID, epilepsy, schizophrenia, bipolar disorder Ligaza ubikwityny, degradacja białek w komórkach Ubiqui!n-protein ligase E3A, degrada!on of the cytoplasmic misfolded proteins Białko jądrowe, rola w alternatywnym splicingu A small nuclear ribonucleoprotein polypep!de, plays a role in pre-mRNA processing, possibly alterna!ve splicing (86) (32, 88) (21, 21a, 44, 84, 87) (88) (88) (34, 84, 87) Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych 215 17q21.31 18q21.1 22q11.2 delecje dele!ons delecje/ duplikacje dele!ons/ duplica!ons 17q12 duplikacje duplica!ons delecje dele!ons Tabela II. Cd. Table II. Cont. TBX1 FGF8, CRKL, MBD1 TCF4, KANSL1 HNF1B Zespół delecji/duplikacji 22q11, ASDs, schizofrenia, zaburzenia neurorozwojowe 22q11 dele!on/duplica!on syndrome, ASDs, schizophrenia, neurodevelopmental disorders ASDs, NI ASDs, ID Czynnik transkrypcyjny Transcrip!on factor Białko jądrowe, represor transkrypcji Nuclear protein that represses transcrip!on Kinaza białkowa aktywująca szlak RAS Protein kinase that ac!vate the RAS signaling pathways Regulacja rozwoju embrionalnego, proliferacji, różnicowania i migracji komórek. Wymagany do prawidłowego rozwoju m.in. mózgu Protein involved in embryonic development, cell prolifera!on, cell differen!a!on and cell migra!on. Required for normal brain development Czynnik transkrypcyjny, regulacja procesów rozwojowych Transcrip!on factor involved in the regula!on of developmental processes Zespół duplikacji 17q21.31, ASDs 17q21.31 duplica!on syndrome, ASDs Padaczka, NI, ASDs, schizofrenia, zaburzenie dwubiegunowe Epilepsy, ID, ASDs, schizophrenia, bipolar disorder Udział w regulacji transkrypcji Involved in the regula!on of transcrip!on Czynnik transkrypcyjny Transcrip!on factor (47, 84, 86, 87) (86) (32, 89) (22, 88) 216 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych delecji lub duplikacji powstałych de novo wykazano w grupie pacjentów z zaburzeniami autystycznymi i cechami dysmorfii. U 27,5% tych osób stwierdzono potencjalnie patogenne CNVs (38). Ponadto Girirajan i wsp. wysnuli wniosek, że wielkość delecji zidentyfikowanych u pacjentów z ASDs koreluje z poziomem ich IQ. Im większa delecja, tym niższy poziom IQ. Natomiast wielkość duplikacji może, ale nie musi korelować ze stopniem ciężkości zaburzeń autystycznych (39). Na podstawie wyników badań u prawie 22 tysięcy pacjentów z ASDs, NI lub wrodzonymi wadami rozwojowymi oceniono, że skuteczność diagnostyczna metod wykorzystujących mikromacierz wynosiła 15-20%, podczas gdy konwencjonalnej metody oceny kariotypu stanowiła jedynie 3% (40). Shen i wsp. przebadali ponad 900 osób z ASDs. U wszystkich badanych oceniali kariotyp metodą GTG, dokonali analizy genomu metodą aCGH oraz wykonali badanie molekularne w celu wykluczenia zespołu łamliwego chromosomu X. Metoda GTG umożliwiła wykrycie aberracji chromosomowych u 2,2%, natomiast aCGH u 7% pacjentów. U 0,5% badanych zdiagnozowano zespół łamliwego chromosomu X. Większość poszczególnych CNVs stwierdzonych u pacjentów z ASDs metodą aCGH występowała jako zmiany sporadyczne, nie powtarzające się, co potwierdza heterogenność genetyczną tych zaburzeń (41). Częściej stwierdzane są natomiast delecje i duplikacje w obrębie regionów 16p11.2 oraz 15q11q13. Do innych, powtarzających się aberracji genomowych należą duplikacje i delecje regionów 1q21.1 i 15q13.3 (42-46). Aberracje w obrębie regionu 16p11.2 wykrywane są aż u 1% osób z zaburzeniami autystycznymi (21, 21a, 44). Ponadto, u chorych z ASDs stwierdza się mikroduplikacje regionów krytycznych dla zespołów DiGeorga (22q11.2) lub Williamsa i Beurena (7q11.23) (47, 48). Wszystkie te zmiany liczby kopii fragmentów DNA mogą powodować nie tylko zaburzenia autystyczne, ale także inne zaburzenia neuropsychiatryczne i/lub cechy dysmorficzne. Zmiany te charakteryzują się często niepełną penetracją, o czym świadczy fakt, że część z nich jest odziedziczona od zdrowych rodziców, są one także stwierdzane u osób zdrowych. Najczęściej identyfikowane CNVs u pacjentów z ASDs zostały wymienione w tabelach I i II. 2.2.4. Geny odpowiedzialne za powstawanie ASDs Heterogenny charakter zaburzeń autystycznych sprawia, że identyfikacja genów uczestniczących w powstawaniu tej patologii nie jest łatwym zadaniem. Fakt, że stwierdzane mikrodelecje lub mikroduplikacje chromosomowe zawierają najczęściej wiele genów powoduje, że wskazanie genów warunkujących tę patologię jest utrudnione. Bardziej precyzyjna analiza genomu polegająca na jego sekwencjonowaniu umożliwia wykrywanie zmiany pojedynczych nukleotydów w genach. Najnowsze wyniki badań dużych grup pacjentów z idiopatycznymi ASDs wskazują, że mutacje powstałe de novo w genach, które ulegają ekspresji w mózgu są interpretowane jako związane z ryzykiem wystąpienia ASDs. Wiele z tych genów koduje białka biorące udział w remodelowaniu chromatyny, którego celem jest regulacja ekspresji genów poprzez zmianę dostępności chromatyny dla czynników transkrypcyjnych. 217 Najczęściej opisywanymi mutacjami u tych pacjentów są mutacje niesynonimiczne zmieniające aminokwas kodowany przez kodon (49-51). Sanders i wsp. zidentyfikowali mutacje niesynonimiczne typu nonsense i mutacje miejsc splicingowych w genach ulegających ekspresji w mózgu aż u 14% osób z ASDs. Jednakże autorzy ci postulują konieczność przeprowadzenia dalszych badań potwierdzających patogenność tych mutacji (49). Wyniki ich badań, jak również praca Neale’a i wsp., wykazały powiązanie genów SCN2A, KATNAL2 oraz CHD8 z zaburzeniami autystycznymi. Gen SCN2A koduje podjednostkę kanału sodowego, uczestniczącą w powstawaniu i przekazywaniu potencjału czynnościowego m.in. w komórkach nerwowych. Gen KATNAL2 koduje białko kataninę odgrywającą istotną rolę w prawidłowym rozwoju układu nerwowego, natomiast gen CHD8 koduje helikazę DNA biorącą udział w remodelowaniu chromatyny. Autorzy ci sugerują, że mutacje tych genów zwiększają 5-20-krotnie ryzyko wystąpienia ASDs, co potwierdza wielogenową etiologię tych zaburzeń (49, 50). Jednak Neale i wsp. postulują, że większość stwierdzanych mutacji charakteryzuje się niepełną penetracją. W badaniach 189 pacjentów z ASDs O’Roak i wsp. zidentyfikowali 33 mutacje powstałe de novo i powodujące zmianę struktury kodowanego białka. Występowały one m.in. w genach CHD8 i NTNG1 ulegających ekspresji w mózgu i wykazujących istotną rolę w jego rozwoju. Dwadzieścia jeden z wykrytych przez nich mutacji niesynonimicznych mapuje się w regionach powiązanych wcześniej z NI i ASDs (51). Autorzy ci zsekwencjonowali również 44 geny kandydujące u 2446 pacjentów z idiopatycznymi zaburzeniami autystycznymi i wykryli 27 mutacji w 16 genach, z których ponad połowa powodowała uszkodzenie kodowanego białka. Badacze stwierdzili, że aż 1% nieprawidłowości u osób z idiopatycznym ADSs może być spowodowane mutacją w jednym z sześciu genów: CHD8, DYRK1A, GRIN2B, TBR1, PTEN lub TBL1XR1, większość których koduje białka remodelujące chromatynę (52). W innych badaniach, u pacjentów z ASDs, Bi i wsp. wykryli mutacje w siedmiu genach: ABCA1, ANK3, CLCN6, HTR3A, RIPK2, SLIT3, i UNC13B odgrywających rolę w funkcjonowaniu synaps neuronów oraz rozwoju układu nerwowego. Następnie przebadali oni dodatkowych 47 pacjentów i u czterech z nich stwierdzili mutację w genie ANK3 kodującym białko ankirynę. Dotychczas opisywane mutacje w tym genie stwierdzano u osób ze schizofrenią lub zaburzeniem dwubiegunowym, natomiast autorzy postulują, że zwiększają one również ryzyko zachorowania na ASDs (53). W kolejnym badaniu wykonanym u 20 pacjentów z idiopatycznym ASDs, O’Roak i wsp. stwierdzili 21 mutacji de novo, z których 11 powodowało zmianę struktury kodowanego białka. U czterech probantów wykryto potencjalnie patogenne mutacje w genach: FOXP1, GRIN2B, SCN1A i LAMC3, które przypuszczalnie skutkują zachorowaniem na autyzm, padaczkę i NI. FOXP1 koduje czynnik transkrypcyjny niezbędny do prawidłowego rozwoju mózgu. Do tej pory uszkodzenia tego genu były opisywane u osób z NI oraz z opóźnieniem rozwoju mowy. GRIN2B koduje 218 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. receptor glutaminergiczny, z którym wiąże się kwas glutaminowy, główny neuroprzekaźnik ośrodkowego układu nerwowego. Gen SCN1A, kodujący podjednostkę kanału sodowego, był dotychczas wiązany z wystąpieniem padaczki oraz wskazywany jako gen kandydat dla ASDs. Nie wiadomo natomiast nic o udziale lamininy kodowanej przez gen LAMC3 w rozwoju układu nerwowego, stwierdzono jednak, że gen ten ulega ekspresji w korze mózgowej i układzie limbicznym (54). Yu i wsp. w grupie około 600 pacjentów z ASDs, których rodzice byli spokrewnieni, zidentyfikowali mutacje homozygotyczne w sześciu genach: AMT, PEX7, SYNE1, VPS13B, PAH i POMGNT1. Mutacje w nich powodują: hiperglicynemię nieketotyczną (AMT), chondrodysplazję punktową (PEX7), ataksję móżdżkową (SYNE1), zespół Cohena (VPS13B), fenyloketonurię (PAH) oraz dystroglikanopatię (POMGNT). Pacjenci ze stwierdzonymi mutacjami w tych genach nie posiadają wszystkich objawów wymienionych chorób, natomiast wykazują cechy zaburzeń autystycznych. W związku z tym autorzy sugerują, że pięć z opisanych mutacji powoduje częściową utratę funkcji genów (mutacje hipomorficzne) i mogą odgrywać rolę w etiologii ASDs oraz powodować szerokie spektrum objawów klinicznych (55). Według Nava i wsp. znacznie większa częstość występowania chorób ze spektrum zaburzeń autystycznych u chłopców sugeruje, że w tej patologii uczestniczą geny zlokalizowane w chromosomie X. Tezę tę potwierdza fakt, że wiele z tych genów ulega ekspresji w mózgu. Zsekwencjonowanie eksonów genów znajdujących się w chromosomie X u 12 rodzin, w których było dwóch mężczyzn z ASDs umożliwiło identyfikację 33 genów kandydatów. Wśród nich znajdują się geny PHF8 (wpływa na różnicowanie neuronów) i HUWE1 (kontroluje różnicowanie i proliferacje komórek nerwowych) wiązane wcześniej z NI, oraz gen TMLHE kodujący enzym uczestniczący w syntezie karnityny (56, 56a). O’Roak i wsp. w jednym ze swoich badań sugerowali, że mutacje de novo powstają 4-krotnie częściej w komórkach germinalnych ojców niż matek dzieci z ASDs. Ponadto, liczba mutacji powstających de novo koreluje pozytywnie z wiekiem ojców (51). Podobne wyniki uzyskali również inni badacze (57, 58). Michaelson i wsp. sugerują natomiast, że prawdopodobieństwo wystąpienia mutacji nie jest jednakowe w całym genomie, a większa skłonność do mutacji jest cechą niektórych genów. Ponadto, regiony flankowane przez segmentalne duplikacje mogą ulegać powtarzającym się rearanżacjom w mechanizmie nieallelicznej homologicznej rekombinacji (NAHR) (58). Najczęściej identyfikowane mutacje u pacjentów z ASDs zostały wymienione w tabeli I. Przedstawione powyżej wyniki badań potwierdzają istotną rolę mutacji genów powstających de novo w etiologii ASDs i heterogenny charakter tych zaburzeń, a także wskazują na istnienie setek loci odpowiedzialnych za powstawanie ASDs. Można się spodziewać, że dalsze badania z wykorzystywaniem techniki całogenomowego sekwencjonowania umożliwią poznanie nowych genów uczestniczących w tej patologii i poszerzą naszą wiedzę o patomechanizmie ASDs. 3. PODŁOŻE MOLEKULARNE I PATOMECHANIZM ZABURZEŃ FUNKCJONALNYCH SYNAPS W ASDs Badania prowadzone na modelach mysich wykazują, że uszkodzenie niektórych genów prowadzi do zmian w funkcjonowaniu synaps neuronów i ujawnienia się cech fenotypowych analogicznych do cech autyzmu (59, 60). Ponadto, część wykrywanych CNVs lub mutacji u osób z ASDs dotyczy regionów DNA zawierających geny kodujące białka zaangażowane w rozwój neuronów, budowę i funkcjonowanie synaps oraz rozmaite ścieżki sygnalizacji wewnątrz komórek nerwowych (36, 61-63). Aktywność neuronów indukuje lokalne zmiany transkrypcji genów oraz translacji, co powoduje zmiany w formowaniu się oraz liczbie połączeń synaptycznych. Zaburzenie tego procesu powoduje nieprawidłowe funkcjonowanie synaps i może przyczyniać się do ujawnienia się cech ASDs (64). Jednym z genów, którego uszkodzenie powoduje choroby ze spektrum autyzmu jest NRXN1. Koduje on białko neureksynę 1 należącą do cząsteczek adhezyjnych komórek nerwowych, które wpływają na powstawanie i różnicowanie się synaps. Są to białka wewnątrzbłonowe leżące po stronie presynaptycznej neuronów i wiążące się z neuroliginami (65). CNVs, jak i mutacje punktowe genu NRXN1 stwierdzono u pacjentów z ASDs, schizofrenią, padaczką, ADHD, NI oraz opóźnieniem rozwoju mowy, a także u osób, u których występuje nadpobudliwość, depresja i/lub problemy z nauką (12, 61, 66-68). Poza zmiennym stopniem ekspresji tego genu, opisano również przypadki, w których nie obserwowano powyższych objawów klinicznych, co świadczy o niepełnej penetracji tego genu. Chen i wsp. przebadali ponad 6500 pacjentów z ASDs, lub z innymi zaburzeniami neurorozwojowymi. Wnioskują oni, że zarówno wewnątrzgenowe eksonowe, jak również niektóre wewnątrzintronowe delecje genu NRXN1 zwiększają ryzyko nieprawidłowego rozwoju mózgu. W regionach intronowych mogą znajdować się elementy regulatorowe, których delecja wpływa na ekspresję genu. Ponadto fakt, iż gen NRXN1 koduje bardzo wiele izoform transkryptów wskazuje na potencjalny wpływ delecji intronowych na przebieg splicingu. Po dokonaniu analizy punktów złamań delecji obejmujących ten gen stwierdzono występowanie dużej liczby mikrohomologii w tych regionach. Sugeruje to, że głównym mechanizmem powodującym powstawanie tych aberracji jest MMEJ (ang. microhomology-mediated end joining) (67). Geny NLGN3 i NLGN4 kodujące neuroliginy to kolejna grupa genów ulegających ekspresji w mózgu, których mutacje (69-71) oraz delecje (61, 72) były wielokrotnie opisywane u osób z zaburzeniami autystycznymi. Neuroliginy są białkami zlokalizowanymi w błonie postsynaptycznej, które zapewniają prawidłową transmisję sygnałów pomiędzy komórkami nerwowymi oraz różnicowanie się synaps. Białka te wpływają na liczbę receptorów obecnych na powierzchni błony synaptycznej neuronu odbierającego sygnał, zaś ich niedobór zaburza proces tworzenia połączeń nerwowych i prowadzi do zakłóceń funkcji neuronów. Badania na myszach wykazały, że jedna z mutacji w genie Nlgn3, Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych stwierdzana u pacjentów z ASDs, powoduje wzmocnienie neuroprzekaźnictwa hamującego, nie wpływając na transmisję neuroprzekaźników pobudzających. Skutkuje to zaburzeniem równowagi obu potencjałów w mózgu. Z kolei inna mutacja w tym genie powoduje zmniejszenie neurotransmisji poprzez receptory AMPA w hipokampach, ale bez zaburzenia przekaźnictwa przez receptory NMDA i GABA (64). Z receptorami typu AMPA i NMDA (nazwy pochodzą od selektywnych agonistów tych receptorów) występującymi w błonie postsynaptycznej, wiąże się glutaminian, główny neuroprzekaźnik pobudzający w ośrodkowym układzie nerwowym. Receptory AMPA działają szybciej i biorą udział w podstawowej transmisji synaptycznej, podczas gdy receptory NMDA, przepuszczalne dla jonów wapnia, aktywowane są przy silnym pobudzeniu komórki (64). Natomiast receptor GABA wiąże się z neuroprzekaźnikiem hamującym jakim jest kwas γ-aminomasłowy, a jego aktywacja powoduje hiperpolaryzację błony postsynaptycznej. Neuroliginy oddziałują w części postsynaptycznej neuronów z białkiem SHANK3 (73). Białka szkieletowe z rodziny SHANK łączą się zarówno z receptorami, jak i innymi białkami szkieletowymi. Odgrywają znaczącą rolę w prawidłowej strukturze i funkcjonowaniu synaps. U pacjentów z zaburzeniami autystycznymi wielokrotnie opisywano mutacje lub delecje genu SHANK3, zarówno powstałe de novo jak i odziedziczone od rodziców (74-76). Sakai i wsp. w badaniach prowadzonych in vivo odkryli wzajemne oddziaływanie pomiędzy białkami TSC1 i SHANK. Sugeruje się, że białka te mogą odgrywać rolę w podobnych mechanizmach molekularnych leżących u podłoża fenotypów zarówno w idiopatycznych ASDs jak i współwystępujących z innymi zaburzeniami. Badania prowadzone na myszach z mutacją w genie Shank3 oraz cechami analogicznymi do autyzmu potwierdzają istotną rolę białka SHANK3 w utrzymaniu prawidłowego poziomu wielu innych białek synaptycznych, które są istotne dla przekazywania sygnału w synapsach (77). Innymi genami tej rodziny są SHANK1 i SHANK2 kodujące białka, które pełnią ważną rolę w utrzymaniu prawidłowej struktury połączeń nerwowych. Berkel i wsp. przebadali 396 osób z ASDs oraz 184 z NI i zidentyfikowali zarówno delecje, jak i mutacje w genie SHANK2 powstałe de novo oraz odziedziczone od rodziców (78). Natomiast Sato i wsp. przebadali ponad 1600 pacjentów z zaburzeniami autystycznymi i stwierdzili jedną delecję genu SHANK1 powstałą de novo i jedną występującą rodzinnie. Uważa się, że mutacje w genie SHANK1 odgrywają prawdopodobnie mniej znaczącą rolę w prawidłowym funkcjonowaniu synaps niż mutacje w pozostałych dwóch genach z rodziny SHANK (79). U pacjentów z ASDs zidentyfikowano również inne geny mające wpływ na prawidłowe funkcjonowanie synaps, które odgrywają rolę w powstawaniu zaburzeń autystycznych. Są to geny SYNGAP1, DLGAP2, PTCHD1, CDH9 oraz CDH10 (62, 80, 81). Voineagu i wsp. postulują, że poziom ekspresji genów zaangażowanych w rozwój i funkcjonowanie synaps w korze mózgowej jest znacząco niższy u osób z zaburzeniami autystycznymi niż u osób zdrowych. Autorzy przedstawili dowody, że zaburzenia regulacji transkrypcji i splicingu 219 leżą u podstaw mechanizmów molekularnych zaburzeń neurologicznych występujących w ASDs (82). Santini i wsp. wysnuli hipotezę, że jednym z mechanizmów leżących u podłoża zaburzeń autystycznych jest wzrost poziomu translacji zależnej od kapu (modyfikacji występującej na końcu mRNA, ang. cap), co może powodować zaburzenie funkcji synaps i w konsekwencji występowanie zachowań autystycznych. Autorzy tych badań postulują, że wzrost poziomu czynnika inicjującego translację zależną od kapu eIF4E u myszy powoduje zwiększony poziom translacji i ujawnienie się cech analogicznych do cech autyzmu. Podanie inhibitora translacji zależnej od kapu powoduje zanikanie cech autystycznych u badanych myszy (83). Ponadto, Gkogkas i i wsp. przeprowadzili badania na myszach pozbawionych genu Eif4ebp2 kodującego białko 4E-BP, które przyłącza się do czynnika eIF4E i uniemożliwia powstanie kompleksu inicjacyjnego translację zależną od kapu. W przypadku braku genu Eif4ebp2 dochodzi do nadprodukcji neuroligin, a synapsy wewnątrz mózgu są bardziej podatne na nadmierne pobudzenie. Zmutowane myszy wykazywały wiele symptomów typowych dla autyzmu. Badacze wykazali, że efekt usunięcia genu Eif4ebp2 może być odwracalny. Farmakologiczne zahamowanie aktywności czynnika eIF4E zapobiega tworzeniu kompleksu inicjującego translację i neutralizuje skutki delecji genu. W efekcie myszy nie wykazywały żadnego z występujących u nich wcześniej objawów typowych dla autyzmu. Podobny efekt miał miejsce gdy użyto siRNA zakłócającego translację Eif4ebp2. Autorzy sugerują, że czynnik eIF4E reguluje syntezę neuroligin poprzez kontrolę translacji, zapewniając równowagę pomiędzy hamującym i pobudzającym przekaźnictwem synaptycznym. Zaburzenie tej równowagi powoduje ujawnienie się cech fenotypowych ASDs (84). Wyniki badań Gilmana i wsp. potwierdzają hipotezę, że mimo różnorodności genów zwiększających ryzyko wystąpienia autyzmu wpływają one na podobne mechanizmy biologiczne odgrywające istotną rolę w strukturze i funkcjonowaniu neuronów oraz synaps (85). 4. ALGORYTM POSTĘPOWANIA DIAGNOSTYCZNEGO U wszystkich osób z cechami autystycznymi i cechami dysmorfii należy brać pod uwagę czynniki genetyczne. Jednak mimo ogromnego postępu w badaniach nad etiopatogenezą autyzmu ustalenie genetycznej przyczyny zaburzeń autystycznych możliwe jest obecnie tylko u części pacjentów. U chorych z makrocefalią należy rozważyć możliwość wykonania badania w kierunku wykluczenia zespołu łamliwego chromosomu X lub mutacji w genie PTEN. Obecność zmian skórnych może natomiast sugerować stwardnienie guzowate lub neurofibromatozę typu 1. Z kolei u dziewczynek z NI należy wykluczyć zespół Retta, a u pacjentów z poważnym zaburzeniem mowy i opóźnieniem rozwoju uszkodzenie genu SHANK3. Badanie kariotypu wykonane klasyczną metodą GTG powinno być wykonane u pacjentów z objawami sugerującymi określoną aberrację chromosomową (np. zespół 220 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. Downa) oraz w przypadku rodzinnego występowania aberracji. W pozostałych przypadkach idiopatycznego ASDs, w związku z dużą heterogennością zmian stwierdzanych w genomie osób z zaburzeniami autystycznymi, metodą z wyboru jest badanie całego genomu z wykorzystaniem mikromacierzy i/lub sekwencjonowania nowej generacji całego exomu (lub genomu). Metoda ta jest zalecana jako diagnostyczna zarówno u pacjentów z ASDs i współwystępującymi cechami dysmorfii jak też z innymi objawami neurologicznymi (11, 13). W przypadku nie stwierdzenia przyczyny genetycznej zaburzeń autystycznych u probanta, prawdopodobieństwo urodzenia kolejnego dziecka z ASDs wynosi ok. 20%. Natomiast, gdy w rodzinie jest co najmniej dwoje chorych dzieci, ryzyko wzrasta do około 30%. Jeśli przyczyną zaburzenia jest mutacja genu lub CNV powstała de novo, ryzyko wystąpienia tej samej zmiany u kolejnego potomka wynosi ok. 1%. Najtrudniej jest ocenić ryzyko genetyczne w przypadku stwierdzenia u chorego aberracji wykazującej zmienny stopień ekspresji lub niepełną penetrację (86, 87). 5. PODSUMOWANIE W ostatnich kilku latach dokonano ogromnego postępu w badaniach nad etiopatogenezą ASDs dokumentując istotną rolę czynników genetycznych. Liczne badania wskazują, że geny odpowiedzialne za funkcjonowanie synaps mają ogromny wpływ na powstawanie i rozwój autyzmu. W związku z dużą heterogennością zmian stwierdzanych w genomie osób z zaburzeniami autystycznymi, najnowsze techniki umożliwiające analizę całego genomu w jednym badaniu (mikromacierze, sekwencjonowanie DNA nowej generacji) stają się metodami z wyboru w badaniu tej patologii. Podziękowania Dziękujemy prof. Ewie Bocian i dr. Tomaszowi Mazurczakowi za pomocną dyskusję. PIŚMIENNICTWO 1. Kanner L.: Autistic disturbances of affective contact. Acta Paedopsychiatr, 1968, 35(4), 100-136. 2. World Health Organization: The ICD-10 classification of mental and behavioural disorders: diagnostic criteria for research. WHO, 1993. 3. American Psychiatric Association: Diagnostic and statistical manual of mental disorders, fourth edition - text revision (DSM-IV-TR). American Psychiatric Association, 2000. 4. Polsek D., Jagatic T., Cepanec M., Hof P.R., Simic G.: Recent developments in neuropathology of autism spectrum disorders. Transl. Neurosci., 2011, 2(3), 256-264. 5. Le Couteur A., Haden G., Hammal D., McConachie H.: Diagnosing autism spectrum disorders in pre-school children using two standardised assessment instruments: the ADI-R and the ADOS. J. Autism Dev. Disord., 2008, 38(2), 362-372. 6. Chojnicka I., Płoski R.: Polska wersja narzędzia obserwacyjnego do diagnozowania autyzmu ADOS. Psychiatr. Pol., 2012, 46(5), 781-789. 7. Chojnicka I., Płoski R.: Polska wersja wywiadu do diagnozowania autyzmu ADI-R (Autism Diagnostic Interview-Revised). Psychiatr. Pol., 2012, 46(2), 249-259. 8. Skuse D.H.: Rethinking the nature of genetic vulnerability to autistic spectrum disorders. Trends Genet., 2007, 23(8), 387-395. 9. Baron-Cohen S., Lombardo M.V., Auyeung B., Ashwin E., Chakrabarti B., Knickmeyer R.: Why are autism spectrum conditions more prevalent in males? PLoS Biol., 2011, 9(6), e1001081. 10. Devlin B., Melhem N., Roeder K.: Do common variants play a role in risk for autism? Evidence and theoretical musings. Brain Res., 2011, 1380, 78-84. 11. Miles J.H.: Autism spectrum disorders-a genetics review. Genet. Med., 2011, 13(4), 278-294. 12. Bill B.R., Geschwind D.H.: Genetic advances in autism: heterogeneity and convergence on shared pathways. Curr. Opin. Genet. Dev., 2009, 19(3), 271-278. 13. Lintas C., Persico A.M.: Autistic phenotypes and genetic testing: state-of-the-art for the clinical geneticist. J. Med. Genet., 2009, 46(1), 1-8. 14. Chakrabarti S., Fombonne E.: Pervasive developmental disorders in preschool children: confirmation of high prevalence. Am. J. Psychiatry, 2005, 162(6), 1133-1141. 15. Hertz-Picciotto I., Delwiche L.: The rise in autism and the role of age at diagnosis. Epidemiology, 2009, 20(1), 84-90. 16. Geschwind D.H.: Advances in autism. Annu. Rev. Med., 2009, 60, 367-380. 17. Canitano R.: Epilepsy in autism spectrum disorders. Eur. Child. Adoles.c Psychiatry, 2007, 16(1), 61-66. 18. Yasuhara A.: Correlation between EEG abnormalities and symptoms of autism spectrum disorder (ASD). Brain Dev., 2010, 32(10), 791-798. 19. Steyaert J.G., De la Marche W.: What’s new in autism? Eur. J. Pediatr., 2008, 167(10), 1091-1101. 20. Varga E.A., Pastore M., Prior T., Herman G.E., McBride K.L.: The prevalence of PTEN mutations in a clinical pediatric cohort with autism spectrum disorders, developmental delay, and macrocephaly. Genet. Med., 2009, 11(2), 111117. 21. Shinawi M., Liu P., Kang S.H., Shen J., Belmont J.W., Scott D.A., Probst F.J., Craigen W.J., Graham B.H., Pursley A., Clark G., Lee J. i wsp.: Recurrent reciprocal 16p11.2 rearrangements associated with global developmental delay, behavioural problems, dysmorphism, epilepsy, and abnormal head size. J. Med. Genet., 2010, 47(5), 332-341. 21.a Golzio C., Willer J., Talkowski M.E., Oh E.C., Taniguchi Y., Jacquemont S., Reymond A., Sun M., Sawa A., Gusella J.F., Kamiya A., Beckmann J.S., i wsp.: KCTD13 is a major driver of mirrored neuroanatomical phenotypes of the 16p11.2 copy number variant. Nature, 2012, 485(7398), 363-367. 22. Moreno-De-Luca D., Mulle J.G., Kaminsky E.B., Sanders S.J., Myers S.M., Adam M.P., Pakula A.T., Eisenhauer N.J., Uhas K., Weik L., Guy L., Care M.E.i wsp.: Deletion 17q12 is a recurrent copy number variant that confers high risk of autism and schizophrenia. Am. J. Hum. Genet., 2010, 87(5), 618-630. 22.a Brunetti-Pierri N., Berg J.S., Scaglia F., Belmont J., Bacino C.A., Sahoo T., Lalani S.R., Graham B., Lee B., Shinawi M., Shen J., Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych Kang S.H. i wsp.: Recurrent reciprocal 1q21.1 deletions and duplications associated with microcephaly or macrocephaly and developmental and behavioral abnormalities. Nat. Genet., 2008, 40(12), 1466-1471. 23. Scherer S.W., Dawson G.: Risk factors for autism: translating genomic discoveries into diagnostics. Hum. Genet., 2011, 130(1), 123-148. 24. Bromley R.L., Mawer G., Clayton-Smith J., Baker G.A.: Autism spectrum disorders following in utero exposure to antiepileptic drugs. Neurology, 2008, 71(23), 19231924. 25. Hyde K.L., Samson F., Evans A.C., Mottron L.: Neuroanatomical differences in brain areas implicated in perceptual and other core features of autism revealed by cortical thickness analysis and voxel-based morphometry. Hum. Brain Mapp., 2010, 31(4), 556-566. 26. Briegel W., Schimek M., Kamp-Becker I., Hofmann C., Schwab K.O.: Autism spectrum disorders in children and adolescents with Moebius sequence. Eur. Child. Adolesc. Psychiatry, 2009, 18(8), 515-519. 27. Cortesi M., Alfei E., Barale F., Fusar-Poli P.: Linking autism, regression and Landau-Kleffner syndrome: integrative role of nerve growth factor. Med. Hypotheses, 2007, 68(5), 1178-1179. 28. Bailey A., Le Couteur A., Gottesman I., Bolton P., Simonoff E., Yuzda E., Rutter M.: Autism as a strongly genetic disorder: evidence from a British twin study. Psychol. Med., 1995, 25(1), 63-77. 29. Bolton P.F., Pickles A., Murphy M., Rutter M.: Autism, affective and other psychiatric disorders: patterns of familial aggregation. Psychol. Med., 1998, 28(2), 385-395. 30. Bishop D.V., Maybery M., Maley A., Wong D., Hill W., Hallmayer J.: Using self-report to identify the broad phenotype in parents of children with autistic spectrum disorders: a study using the Autism-Spectrum Quotient. J. Child. Psychol. Psychiatry, 2004, 45(8), 1431-1436. 31. Devlin B., Scherer S.W.: Genetic architecture in autism spectrum disorder. Curr. Opin. Genet. Dev., 2012, 22(3), 229-237. 32. Betancur C.: Etiological heterogeneity in autism spectrum disorders: more than 100 genetic and genomic disorders and still counting. Brain Res., 2011, 1380, 42-77. 33. Reddy K.S.: Cytogenetic abnormalities and fragile-X syndrome in Autism Spectrum Disorder. BMC Med. Genet., 2005, 6, 3. 34. Hogart A., Wu D., LaSalle J.M., Schanen N.C.: The comorbidity of autism with the genomic disorders of chromosome 15q11.2-q13. Neurobiol. Dis., 2010, 38(2), 181-191. 35. Sebat J., Lakshmi B., Malhotra D., Troge J., Lese-Martin C., Walsh T., Yamrom B., Yoon S., Krasnitz A., Kendall J., Leotta A., Pai D.i wsp.: Strong association of de novo copy number mutations with autism. Science, 2007, 316(5823), 445-449. 36. Marshall C.R., Noor A., Vincent J.B., Lionel A.C., Feuk L., Skaug J., Shago M., Moessner R., Pinto D., Ren Y., Thiruvahindrapduram B., Fiebig A.i wsp.: Structural variation of chromosomes in autism spectrum disorder. Am. J. Hum. Genet., 2008, 82(2), 477-488. 37. Levy D., Ronemus M., Yamrom B., Lee Y.H., Leotta A., Kendall J., Marks S., Lakshmi B., Pai D., Ye K., Buja A., Krieger A.i wsp.: Rare de novo and transmitted copy-number variation in autistic spectrum disorders. Neuron, 2011, 70(5), 886-897. 221 38. Jacquemont M.L., Sanlaville D., Redon R., Raoul O., CormierDaire V., Lyonnet S., Amiel J., Le Merrer M., Heron D., de Blois M.C., Prieur M., Vekemans M.i wsp.: Array-based comparative genomic hybridisation identifies high frequency of cryptic chromosomal rearrangements in patients with syndromic autism spectrum disorders. J. Med. Genet., 2006, 43(11), 843-849. 39. Girirajan S., Dennis M.Y., Baker C., Malig M., Coe B.P., Campbell C.D., Mark K., Vu T.H., Alkan C., Cheng Z., Biesecker L.G., Bernier R.i wsp.: Refinement and discovery of new hotspots of copy-number variation associated with autism spectrum disorder. Am. J. Hum. Genet., 2013, 92(2), 221-237. 40. Miller D.T., Adam M.P., Aradhya S., Biesecker L.G., Brothman A.R., Carter N.P., Church D.M., Crolla J.A., Eichler E.E., Epstein C.J., Faucett W.A., Feuk L.i wsp.: Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am. J. Hum. Genet., 2010, 86(5), 749-764. 41. Shen Y., Dies K.A., Holm I.A., Bridgemohan C., Sobeih M.M., Caronna E.B., Miller K.J., Frazier J.A., Silverstein I., Picker J., Weissman L., Raffalli P. i wsp.: Clinical genetic testing for patients with autism spectrum disorders. Pediatrics, 2010, 125(4), e727-735. 42. Mefford H.C., Sharp A.J., Baker C., Itsara A., Jiang Z., Buysse K., Huang S., Maloney V.K., Crolla J.A., Baralle D., Collins A., Mercer C.i wsp.: Recurrent rearrangements of chromosome 1q21.1 and variable pediatric phenotypes. N. Engl. J. Med., 2008, 359(16), 1685-1699. 43. Moreno-De-Luca D., Sanders S.J., Willsey A.J., Mulle J.G., Lowe J.K., Geschwind D.H., State M.W., Martin C.L., Ledbetter D.H.: Using large clinical data sets to infer pathogenicity for rare copy number variants in autism cohorts. Mol. Psychiatry, 2012, 18(10), 1090-1095. 44. Weiss L.A., Shen Y., Korn J.M., Arking D.E., Miller D.T., Fossdal R., Saemundsen E., Stefansson H., Ferreira M.A., Green T., Platt O.S., Ruderfer D.M. i wsp.: Association between microdeletion and microduplication at 16p11.2 and autism. N. Engl. J. Med., 2008, 358(7), 667-675. 45. Kumar R.A., KaraMohamed S., Sudi J., Conrad D.F., Brune C., Badner J.A., Gilliam T.C., Nowak N.J., Cook E.H., Jr., Dobyns W.B., Christian S.L.: Recurrent 16p11.2 microdeletions in autism. Hum. Mol. Genet., 2008, 17(4), 628-638. 46. Wiśniowiecka-Kowalnik B., Kastory-Bronowska M., Bartnik M., Derwińska K., Dymczak-Domini W., Szumbarska D., Ziemka E., Szczałuba K., Sykulski M., Gambin T., Gambin A., Shaw C.A. i wsp.: Application of custom-designed oligonucleotide array CGH in 145 patients with autistic spectrum disorders. Eur. J. Hum. Genet., 2013, 21(6), 620-625. 47. Lo-Castro A., Galasso C., Cerminara C., El-Malhany N., Benedetti S., Nardone A.M., Curatolo P.: Association of syndromic mental retardation and autism with 22q11.2 duplication. Neuropediatrics, 2009, 40(3), 137-140. 48. Sanders S.J., Ercan-Sencicek A.G., Hus V., Luo R., Murtha M.T., Moreno-De-Luca D., Chu S.H., Moreau M.P., Gupta A.R., Thomson S.A., Mason C.E., Bilguvar K.i wsp.: Multiple recurrent de novo CNVs, including duplications of the 7q11.23 Williams syndrome region, are strongly associated with autism. Neuron, 2011, 70(5), 863-885. 222 Barbara Wiśniowiecka-Kowalnik i wsp. 49. Sanders S.J., Murtha M.T., Gupta A.R., Murdoch J.D., Raubeson M.J., Willsey A.J., Ercan-Sencicek A.G., DiLullo N.M., Parikshak N.N., Stein J.L., Walker M.F., Ober G.T. i wsp.: De novo mutations revealed by whole-exome sequencing are strongly associated with autism. Nature, 2012, 485(7397), 237-241. 50. Neale B.M., Kou Y., Liu L., Ma’ayan A., Samocha K.E., Sabo A., Lin C.F., Stevens C., Wang L.S., Makarov V., Polak P., Yoon S. i wsp.: Patterns and rates of exonic de novo mutations in autism spectrum disorders. Nature, 2012, 485(7397), 242-245. 51. O’Roak B.J., Vives L., Girirajan S., Karakoc E., Krumm N., Coe B.P., Levy R., Ko A., Lee C., Smith J.D., Turner E.H., Stanaway I.B. i wsp.: Sporadic autism exomes reveal a highly interconnected protein network of de novo mutations. Nature, 2012, 485(7397), 246-250. 52. O’Roak B.J., Vives L., Fu W., Egertson J.D., Stanaway I.B., Phelps I.G., Carvill G., Kumar A., Lee C., Ankenman K., Munson J., Hiatt J.B. i wsp.: Multiplex targeted sequencing identifies recurrently mutated genes in autism spectrum disorders. Science, 2012, 338(6114), 1619-1622. 52.a van Bon B.W., Hoischen A., Hehir-Kwa J., de Brouwer A.P., Ruivenkamp C., Gijsbers A.C., Marcelis C.L., de Leeuw N., Veltman J.A., Brunner H.G., de Vries B.B.: Intragenic deletion in DYRK1A leads to mental retardation and primary microcephaly. Clin. Genet., 2011, 79(3), 296-299. 53. Bi C., Wu J., Jiang T., Liu Q., Cai W., Yu P., Cai T., Zhao M., Jiang Y.H., Sun Z.S.: Mutations of ANK3 identified by exome sequencing are associated with autism susceptibility. Hum. Mutat., 2012, 33(12), 1635-1638. 54. O’Roak B.J., Deriziotis P., Lee C., Vives L., Schwartz J.J., Girirajan S., Karakoc E., Mackenzie A.P., Ng S.B., Baker C., Rieder M.J., Nickerson D.A. i wsp.: Exome sequencing in sporadic autism spectrum disorders identifies severe de novo mutations. Nat. Genet., 2011, 43(6), 585-589. 55. Yu T.W., Chahrour M.H., Coulter M.E., Jiralerspong S., Okamura-Ikeda K., Ataman B., Schmitz-Abe K., Harmin D.A., Adli M., Malik A.N., D’Gama A.M., Lim E.T.i wsp.: Using Whole-Exome Sequencing to Identify Inherited Causes of Autism. Neuron, 2013, 77(2), 259-273. 56. Nava C., Lamari F., Heron D., Mignot C., Rastetter A., Keren B., Cohen D., Faudet A., Bouteiller D., Gilleron M., Jacquette A., Whalen S. i wsp.: Analysis of the chromosome X exome in patients with autism spectrum disorders identified novel candidate genes, including TMLHE. Transl. Psychiatry, 2012, 2, e179. 56a. Celestino-Soper P.B., Violante S., Crawford E.L., Luo R., Lionel A.C., Delaby E., Cai G., Sadikovic B., Lee K., Lo C., Gao K., Person R.E., i wsp.: A common X-linked inborn error of carnitine biosynfhesis may be a risk factor for nondysmorphic autism. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, 109(21), 7974-7981. 57. Iossifov I., Ronemus M., Levy D., Wang Z., Hakker I., Rosenbaum J., Yamrom B., Lee Y.H., Narzisi G., Leotta A., Kendall J., Grabowska E.i wsp.: De novo gene disruptions in children on the autistic spectrum. Neuron, 2012, 74(2), 285-299. 58. Michaelson J.J., Shi Y., Gujral M., Zheng H., Malhotra D., Jin X., Jian M., Liu G., Greer D., Bhandari A., Wu W., Corominas R.i wsp.: Whole-genome sequencing in autism identifies hot spots for de novo germline mutation. Cell, 2012, 151(7), 1431-1442. 59. Etherton M.R., Blaiss C.A., Powell C.M., Sudhof T.C.: Mouse neurexin-1alpha deletion causes correlated electrophysiological and behavioral changes consistent with cognitive impairments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2009, 106(42), 17998-18003. 60. Bangash M.A., Park J.M., Melnikova T., Wang D., Jeon S.K., Lee D., Syeda S., Kim J., Kouser M., Schwartz J., Cui Y., Zhao X.i wsp.: Enhanced polyubiquitination of Shank3 and NMDA receptor in a mouse model of autism. Cell, 2011, 145(5), 758-772. 61. Glessner J.T., Wang K., Cai G., Korvatska O., Kim C.E., Wood S., Zhang H., Estes A., Brune C.W., Bradfield J.P., Imielinski M., Frackelton E.C.i wsp.: Autism genome-wide copy number variation reveals ubiquitin and neuronal genes. Nature, 2009, 459(7246), 569-573. 62. Pinto D., Pagnamenta A.T., Klei L., Anney R., Merico D., Regan R., Conroy J., Magalhaes T.R., Correia C., Abrahams B.S., Almeida J., Bacchelli E. i wsp.: Functional impact of global rare copy number variation in autism spectrum disorders. Nature, 2010, 466(7304), 368-372. 63. Luo R., Sanders S.J., Tian Y., Voineagu I., Huang N., Chu S.H., Klei L., Cai C., Ou J., Lowe J.K., Hurles M.E., Devlin B. i wsp.: Genome-wide transcriptome profiling reveals the functional impact of rare de novo and recurrent CNVs in autism spectrum disorders. Am. J. Hum. Genet., 2012, 91(1), 38-55. 64. Ebert D.H., Greenberg M.E.: Activity-dependent neuronal signalling and autism spectrum disorder. Nature, 2013, 493(7432), 327-337. 65. Graf E.R., Zhang X., Jin S.X., Linhoff M.W., Craig A.M.: Neurexins induce differentiation of GABA and glutamate postsynaptic specializations via neuroligins. Cell, 2004, 119(7), 1013-1026. 66. Feng J., Schroer R., Yan J., Song W., Yang C., Bockholt A., Cook E.H., Jr., Skinner C., Schwartz C.E., Sommer S.S.: High frequency of neurexin 1beta signal peptide structural variants in patients with autism. Neurosci. Lett, 2006, 409(1), 10-13. 67. Chen X., Shen Y., Zhang F., Chiang C., Pillalamarri V., Blumenthal I., Talkowski M., Wu B.L., Gusella J.F.: Molecular analysis of a deletion hotspot in the NRXN1 region reveals the involvement of short inverted repeats in deletion CNVs. Am. J. Hum. Genet., 2013, 92(3), 375-386. 68. Wisniowiecka-Kowalnik B., Nesteruk M., Peters S.U., Xia Z., Cooper M.L., Savage S., Amato R.S., Bader P., Browning M.F., Haun C.L., Duda A.W., 3rd, Cheung S.W. i wsp.: Intragenic rearrangements in NRXN1 in three families with autism spectrum disorder, developmental delay, and speech delay. Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet., 2010, 153B(5), 983-993. 69. Jamain S., Quach H., Betancur C., Rastam M., Colineaux C., Gillberg I.C., Soderstrom H., Giros B., Leboyer M., Gillberg C., Bourgeron T., Paris Autism Research International Sibpair S.: Mutations of the X-linked genes encoding neuroligins NLGN3 and NLGN4 are associated with autism. Nat. Genet., 2003, 34(1), 27-29. 70. Laumonnier F., Bonnet-Brilhault F., Gomot M., Blanc R., David A., Moizard M.P., Raynaud M., Ronce N., Lemonnier E., Calvas P., Laudier B., Chelly J.i wsp.: X-linked mental retardation and autism are associated with a mutation Genetyczne uwarunkowania zaburzeń autystycznych in the NLGN4 gene, a member of the neuroligin family. Am. J. Hum. Genet., 2004, 74(3), 552-557. 71. Daoud H., Bonnet-Brilhault F., Vedrine S., Demattei M.V., Vourc’h P., Bayou N., Andres C.R., Barthelemy C., Laumonnier F., Briault S.: Autism and nonsyndromic mental retardation associated with a de novo mutation in the NLGN4X gene promoter causing an increased expression level. Biol. Psychiatry, 2009, 66(10), 906-910. 72. Lawson-Yuen A., Saldivar J.S., Sommer S., Picker J.: Familial deletion within NLGN4 associated with autism and Tourette syndrome. Eur. J. Hum. Genet., 2008, 16(5), 614-618. 73. Scheiffele P., Fan J., Choih J., Fetter R., Serafini T.: Neuroligin expressed in nonneuronal cells triggers presynaptic development in contacting axons. Cell, 2000, 101(6), 657-669. 74. Durand C.M., Betancur C., Boeckers T.M., Bockmann J., Chaste P., Fauchereau F., Nygren G., Rastam M., Gillberg I.C., Anckarsater H., Sponheim E., Goubran-Botros H. i wsp.: Mutations in the gene encoding the synaptic scaffolding protein SHANK3 are associated with autism spectrum disorders. Nat. Genet., 2007, 39(1), 25-27. 75. Moessner R., Marshall C.R., Sutcliffe J.S., Skaug J., Pinto D., Vincent J., Zwaigenbaum L., Fernandez B., Roberts W., Szatmari P., Scherer S.W.: Contribution of SHANK3 mutations to autism spectrum disorder. Am. J. Hum. Genet., 2007, 81(6), 1289-1297. 76. Boeckers T.M., Bockmann J., Kreutz M.R., Gundelfinger E.D.: ProSAP/Shank proteins - a family of higher order organizing molecules of the postsynaptic density with an emerging role in human neurological disease. J. Neurochem., 2002, 81(5), 903-910. 77. Sakai Y., Shaw C.A., Dawson B.C., Dugas D.V., Al-Mohtaseb Z., Hill D.E., Zoghbi H.Y.: Protein interactome reveals converging molecular pathways among autism disorders. Sci. Transl. Med., 2011, 3(86), 86ra49. 78. Berkel S., Marshall C.R., Weiss B., Howe J., Roeth R., Moog U., Endris V., Roberts W., Szatmari P., Pinto D., Bonin M., Riess A. i wsp.: Mutations in the SHANK2 synaptic scaffolding gene in autism spectrum disorder and mental retardation. Nat. Genet., 2010, 42(6), 489-491. 79. Sato D., Lionel A.C., Leblond C.S., Prasad A., Pinto D., Walker S., O’Connor I., Russell C., Drmic I.E., Hamdan F.F., Michaud J.L., Endris V. i wsp.: SHANK1 deletions in males with autism spectrum disorder. Am. J. Hum. Genet., 2012, 90(5), 879-887. 80. Noor A., Whibley A., Marshall C.R., Gianakopoulos P.J., Piton A., Carson A.R., Orlic-Milacic M., Lionel A.C., Sato D., Pinto D., Drmic I., Noakes C. i wsp.: Disruption at the PTCHD1 locus on Xp22.11 in autism spectrum disorder and intellectual disability. Sci. Transl. Med., 2010, 2(49), 49ra68. 81. Wang K., Zhang H., Ma D., Bucan M., Glessner J.T., Abrahams B.S., Salyakina D., Imielinski M., Bradfield J.P., Sleiman P.M., Kim C.E., 223 Hou C.i wsp.: Common genetic variants on 5p14.1 associate with autism spectrum disorders. Nature, 2009, 459(7246), 528-533. 82. Voineagu I., Wang X., Johnston P., Lowe J.K., Tian Y., Horvath S., Mill J., Cantor R.M., Blencowe B.J., Geschwind D.H.: Transcriptomic analysis of autistic brain reveals convergent molecular pathology. Nature, 2011, 474(7351), 380-384. 83. Santini E., Huynh T.N., MacAskill A.F., Carter A.G., Pierre P., Ruggero D., Kaphzan H., Klann E.: Exaggerated translation causes synaptic and behavioural aberrations associated with autism. Nature, 2013, 493(7432), 411-415. 84. Gkogkas C.G., Khoutorsky A., Ran I., Rampakakis E., Nevarko T., Weatherill D.B., Vasuta C., Yee S., Truitt M., Dallaire P., Major F., Lasko P.i wsp.: Autism-related deficits via dysregulated eIF4E-dependent translational control. Nature, 2013, 493(7432), 371-377. 85. Gilman S.R., Iossifov I., Levy D., Ronemus M., Wigler M., Vitkup D.: Rare de novo variants associated with autism implicate a large functional network of genes involved in formation and function of synapses. Neuron, 2011, 70(5), 898-907. 86. Schaefer G.B., Mendelsohn N.J.: Clinical genetics evaluation in identifying the etiology of autism spectrum disorders: 2013 guideline revisions. Genet. Med., 2013, 15(5), 399407. 87. Carter M., Scherer S.: Autism spectrum disorder in the genetics clinic: a review. Clin. Genet., 2013, 83(5), 399407. 88. Malhotra D., Sebat J.: CNVs: harbingers of a rare variant revolution in psychiatric genetics. Cell, 2012, 148(6), 12231241. 89. Grisart B., Willatt L., Destrée A., Fryns J.P., Rack K., de Ravel T., Rosenfeld J., Vermeesch J.R., Verellen-Dumoulin C., Sandford R.: 17q21.31 microduplication patients are characterised by behavioural problems and poor social interaction. J. Med. Genet., 2009, 46(8), 524-530. Wkład Autorów/Authors’ contributions Według kolejności Konflikt interesu/Conflicts of interest Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów The Authors declare that there is no conflict of interest Przyjęto/Received: 09.07.2013 r. Zaakceptowano/Accepted: 06.08.2013 r. Dostępne online/Published online Adres do korespondencji: Paweł Stankiewicz Zakład Genetyki Medycznej Instytut Matki i Dziecka ul. Kasprzaka 17a, 01-211, Warszawa tel. (22) 32-77-145 e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]
