Analisi array-CGH in 466 pazienti con disturbo dello spettro autistico: dalla diagnosi alla scoperta di nuovi geni coinvolti nel neurosviluppo

Autism spectrum disorder (ASD) is an early onset neurodevelopmental condition with multifactorial etiology, with a strong underlying genetic component. Array-CGH is the first level genetic analysis for ASD patients with a diagnostic rate of ~5-10%. The aim of this study is to describe a cohort of ASD patients studied with this method and explore the potential of this technique in the discovery of new ASD candidate genes. We recruited pediatric and adult patients with DSA and available array-CGH analyses. Variants were classified using the American College of Medical Genetics (ACMG) criteria for copy number variants (CNVs), published in 2020. New candidate genes were selected based on their expression in the nervous system, association with neurodevelopmental disorders, presence in the SFARI database, dosage sensitivity and consistency with the rearrangement identified in the patient. Among the analyzed 466 patients (78% males; 22% females; age 3-59 years, mean 19.2±12.6), 23 (4.9%) had pathogenic/likely pathogenic CNVs, 128 (27.5%) carried variants of unknown significance (VUS), 5 (1.1%) had benign variants, and 310 (66.5%) tested negative. Eleven patients with ACMG VUS variants carried indeed known microduplication/microdeletion syndromes with incomplete penetrance predisposing to ASD: dup1q21.1, del3p12.2, dup6q26, dup10q11.2, del11q14.1, dup14q31.1, dup15q13.3, del16p12.2, del22q11.22. Accounting this, 34 patients (7.3%) had a positive array-CGH and 119 (25.5%) had a VUS. Statistical analysis did not find any correlation between the probability of a positive array-CGH and gender, age, positive family history, autism level, the presence of epilepsy, congenital malformations, micro/macrocephaly, facial dysmorphism, single or multiple CNVs. Conversely, we found a statistically higher rate of array-CGH positivity in patients with a history of perinatal distress and growth disturbances (p=0,01; p=0,02). Furthermore, the probability of finding a pathogenic/likely pathogenic variant positively correlates with a major phenotypic complexity considering the co-presence of multiple symptoms in the same patient (R=2.01, p=0,018). An in-depth gene-content analysis for VUS-CNVs allowed to highlight 19 new candidate genes, 11 haploinsufficient (HI) deleted genes (ACTN2, DAB1, DDX5, HEATR1, LSG1, MAGI2, PTPRT, RAC1, RBFOX1, TJP1, ZNF536) and 8 triplosensitive (TS) entirely duplicated genes (GATAD2B, ILF2, INO80, ITCH, PRPF8, PTPN1, UBAP2, URB5). Array-CGH showed a diagnostic yield of 7.3% in patients with ASD, consistent with literature data. Unexpectedly, the ACMG classification failed to classify several CNVs with known ASD predisposition as pathogenic/likely pathogenic, indicating its inadequacy in classifying variants with incomplete penetrance. Unexpectedly, patients with a history of perinatal distress had a higher probability of a positive CGH-array (13.8%; p=0.01) suggesting that perinatal suffering is often associated to a genetic predisposition. Although array-CGH is a well-established method, VUS variants accounted for a quarter of patients; the analysis of their gene content allowed us to select 19 genes potentially related to ASD worthy of further investigations.

Il disturbo dello spettro autistico (DSA) è una condizione del neurosviluppo a insorgenza precoce ed eziologia multifattoriale, con una forte componente genetica alla base. L’array-CGH è l'analisi genetica di primo livello per i pazienti con DSA, con un tasso diagnostico di ~ 5-10%. Lo scopo di questo studio è descrivere una coorte di pazienti con DSA studiati con tale metodica ed esplorare il potenziale di questa tecnica nella scoperta di nuovi geni associati al DSA. Abbiamo reclutato pazienti pediatrici e adulti con DSA e analisi array-CGH disponibile. La classificazione delle varianti è stata valutata utilizzando i criteri dell'American College of Medical Genetics (ACMG) per le varianti del numero di copie (CNV), pubblicati nel 2020. Sono stati selezionati nuovi geni candidati in base alla loro espressione nel sistema nervoso, associazione con disturbi dello sviluppo neurologico, presenza nel database SFARI, sensibilità al dosaggio e coerenza con il riarrangiamento identificato nel paziente. Dall’analisi di 466 pazienti (78% maschi; 22% femmine; età 3-59 anni, media 19,2±12,6), 23 (4,9%) avevano almeno una variante patogenetica/verosimilmente patogenetica, 128 (27,5%) erano portatori di varianti di incerto significato (VUS), 5 (1,1%) avevano varianti benigne e 310 (66,5%) sono risultati negativi. Undici pazienti con varianti classificate VUS ai criteri ACMG, sono invece risultati portatori di note sindromi da microduplicazione/microdelezione a penetranza incompleta predisponenti a DSA: dup1q21.1, del3p12.2, dup6q26, dup10q11.2, del11q14.1, dup14q31.1, dup15q13.3, del16p12.2, del22q11.22. Tenendo conto di ciò, 34 pazienti (7,3%) hanno avuto un array-CGH positivo e 119 (25,5%) una VUS. L'analisi statistica non ha trovato correlazioni tra la probabilità di un array-CGH positivo e il genere, l’età, la storia familiare positiva, il livello di autismo, la presenza di epilessia, malformazioni congenite, micro/macrocefalia, dismorfismi facciali, CNV singole o multiple. Al contrario, abbiamo riscontrato un tasso maggiore di positività in pazienti con storia di sofferenza perinatale e disturbi dell’accrescimento (p=0,01; p=0,02). Inoltre, la probabilità di trovare una variante patogenetica/verosimilmente patogenetica correla positivamente con la complessità fenotipica del paziente considerando la compresenza di molteplici sintomi (R=2,01, p=0,018). Un'analisi approfondita del contenuto genico per le varianti VUS ci ha permesso di evidenziare 19 geni candidati, 11 geni aploinsufficienti (HI) deleti e 8 geni triplosensitivi (TS) interamente duplicati. L'array-CGH ha mostrato una resa diagnostica del 7,3% nei pazienti con DSA, coerente con i dati della letteratura. La classificazione ACMG non è riuscita a classificare come patogenetiche/verosimilmente patogenetiche diverse CNV con nota associazione a predisposizione a DSA, indicando la sua inadeguatezza nel classificare le varianti a penetranza incompleta. Inaspettatamente, i pazienti con una storia di sofferenza perinatale avevano una maggiore probabilità di un CGH-array positivo suggerendo che la sofferenza perinatale sia spesso associata a una predisposizione genetica. Nonostante l’array-CGH sia una metodica consolidata, le varianti VUS sono state identificate in un quarto dei pazienti; l'analisi del loro contenuto genico ha permesso di identificare 19 geni potenzialmente correlati a DSA meritevoli di ulteriori indagini.