Autism genes converge on asynchronous development of shared neuron classes

单倍率不足 表型 背景(考古学) 生物 神经科学 自闭症 基因 神经发育障碍 遗传学 电池类型 心理学 细胞 发展心理学 古生物学
作者
Bruna Paulsen,Silvia Velasco,Amanda J. Kedaigle,Martina Pigoni,Giorgia Quadrato,Anthony J. Deo,Xian Adiconis,Ana Uzquiano,Rafaela C. Sartore,Sung Min Yang,Sean Simmons,Panagiotis Symvoulidis,Kwanho Kim,Kalliopi Tsafou,Archana Podury,Catherine Abbate,Ashley Tucewicz,Samantha N. Smith,Alexandre Albanese,Lindy E. Barrett,Neville E. Sanjana,Xi Shi,Kwanghun Chung,Kasper Lage,Edward S. Boyden,Aviv Regev,Joshua Z. Levin,Paola Arlotta
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:602 (7896): 268-273 被引量:229
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04358-6
摘要

Genetic risk for autism spectrum disorder (ASD) is associated with hundreds of genes spanning a wide range of biological functions1-6. The alterations in the human brain resulting from mutations in these genes remain unclear. Furthermore, their phenotypic manifestation varies across individuals7,8. Here we used organoid models of the human cerebral cortex to identify cell-type-specific developmental abnormalities that result from haploinsufficiency in three ASD risk genes-SUV420H1 (also known as KMT5B), ARID1B and CHD8-in multiple cell lines from different donors, using single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) analysis of more than 745,000 cells and proteomic analysis of individual organoids, to identify phenotypic convergence. Each of the three mutations confers asynchronous development of two main cortical neuronal lineages-γ-aminobutyric-acid-releasing (GABAergic) neurons and deep-layer excitatory projection neurons-but acts through largely distinct molecular pathways. Although these phenotypes are consistent across cell lines, their expressivity is influenced by the individual genomic context, in a manner that is dependent on both the risk gene and the developmental defect. Calcium imaging in intact organoids shows that these early-stage developmental changes are followed by abnormal circuit activity. This research uncovers cell-type-specific neurodevelopmental abnormalities that are shared across ASD risk genes and are finely modulated by human genomic context, finding convergence in the neurobiological basis of how different risk genes contribute to ASD pathology.
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