Genetic Heterogeneity in Autism Spectrum Disorders in a Population Isolate

Positional cloning has enabled hypothesis-free, genome-wide scans for genetic factors contributing to disorders or traits. Traditionally linkage analysis has been used to identify regions of interest, followed by meticulous fine mapping and candidate gene screening using association methods and finally sequencing of regions of interest. More recently, genome-wide association analysis has enabled a more direct approach to identify specific genetic variants explaining a part of the variance of the phenotype of interest. Autism spectrum disorders (ASDs) are a group of childhood onset neuropsychiatric disorders with shared core symptoms but varying severity. Although a strong genetic component has been established in ASDs, genetic susceptibility factors have largely eluded characterization. Here, we have utilized modern molecular genetic methods combined with the advantages provided by the special population structure in Finland to identify genetic risk factors for ASDs. The results of this study show that numerous genetic risk factors exist for ASDs even within a population isolate. Stratification based on clinical phenotype resulted in encouraging results, as previously identified linkage to 3p14-p24 was replicated in an independent family set of families with Asperger syndrome, but no other ASDs. Fine-mapping of the previously identified linkage peak for ASDs at 3q25-q27 revealed association between autism and a subunit of the 5-hydroxytryptamine receptor 3C (HTR3C). We also used dense, genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) data to characterize the population structure of Finns. We observed significant population substructure which correlates with the known history of multiple consecutive bottle-necks experienced by the Finnish population. We used this information to ascertain a genetically homogenous subset of autism families to identify possible rare, enriched risk variants using genome-wide SNP data. No rare enriched genetic risk factors were identified in this dataset, although a subset of families could be genealogically linked to form two extended pedigrees. The lack of founder mutations in this isolated population suggests that the majority of genetic risk factors are rare, de novo mutations unique to individual nuclear families. The results of this study are consistent with others in the field. The underlying genetic architecture for this group of disorders appears highly heterogeneous, with common variants accounting for only a subset of genetic risk. The majority of identified risk factors have turned out to be exceedingly rare, and only explain a subset of the genetic risk in the general population in spite of their high penetrance within individual families. The results of this study, together with other results obtained in this field, indicate that family specific linkage, homozygosity mapping and resequencing efforts are needed to identify these rare genetic risk factors.

Paikkaan perustuva geenitunnistus eli positionaalinen kloonaus on mahdollistanut hypoteesittomat, koko perimän kattavat tutkimukset joilla voidaan kartoittaa tauteihin ja ominaisuuksiin vaikuttavia perinnöllisiä tekijöitä vaikka tautia aiheuttavia biologisia prosesseja ei tunneta. Modernit molekyyligenetiikan menetelmät ovat mahdollistaneet tiheät, jopa miljoonan geenimerkin kattavat tutkimukset, joilla voidaan tutkia perimän vaihtelua yksilötasolla tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin. Suomalainen väestö on geneettisesti yhtenäinen, ja sitä ovat muokanneet perustajavaikutus, genettiset pullonkaulat ja sattuma. Suomalaisen väestön erityispiirteitä voidaan käyttää hyväksi tunnistettaessa riskigeenejä sairauksille. Verrattuna sekaväestöihin tautien riskigeenen kirjo on Suomessa mahdollisesti suppeampi, sillä maamme alkuperäiset asuttajat toivat mukanaan vain osan kaikista mahdollisista geneettisistä riskitekijöistä. Autismikirjon sairaudet ovat ryhmä vakavuudeltaan vaihtelevia, lapsuudessa alkavia neuropsykiatrisia sairauksia. Vaikka perintötekijöiden on todettu vaikuttavan vahvasti autismikirjon sairauksien syntyyn, aktiivisesta tutkimuksesta huolimatta ei sairauksille altistavia geenimuotoja vielä ole tunnistettu kuin kourallinen. Autismikirjon sairauksien tiedetään kuitenkin olevan ns. monitekijäisiä tauteja, eli niille altistavat sekä lukuisat geenivirheet että vielä tuntemattomat ympäristötekijät. Tässä tutkimuksessa olemme käyttääneet molekyyligenetiikan uusimpia menetelmiä hyödyntäen samalla suomalaisen väestön erityispiirteitä tunnistaaksemme näille sairauksille altistavia perinnöllisiä tekijöitä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tulokset osoittavat, että autismikirjon sairauksille altistavat useat eri geenimuodot jopa Suomen kaltaisessa väestöisolaatissa. Vaikka tutkimuksessa löydettiin viitteitä myös yleisten geenimuotojen, kuten serotoniinreseptorin alayksikön HTR3C:n roolista autismin synnyssä, perustajamutaatioiden puute väestössämme osoittaa vahvasti, että autismikirjon perinnöllisistä riskitekijöistä suurin osa on uusia mutaatioita. Nämä harvinaiset mutaatiot selittävät vain pienen osan riskiä väestötasolla, mutta vaikuttavat merkittävästi yksittäisten perheiden riskiin. Autismin geneettisten riskitekijöiden tutkimuksissa tulisi jatkossa pääasiallisesti hyödyntää kytkentä-, homozygotiakartoitus- ja sekvenssianalyysiin perustuvia menetelmiä, joilla voidaan tutkia yksittäisten perheiden alttiusgeenejä, eikä pyrkiä tutkimaan väestössä yleisesti esiintyviä geenimuotoja.