Epigenetic alterations in autism spectrum disorders (ASD)

Abstract

The aetiology of autism spectrum disorders (ASD), a group of neurodevelopmental conditions with early onset, characterized by social and communication impairment and restricted interests, is unknown in about a third of the patients. The intense research done over the past decade has revealed a genetic contribution, while the epigenetic contribution barely begins to show. The epigenetic marks can exert an effect in gene expression without altering the underlying genetic sequence. In turn, these marks can be impaired by genetic mutations in their target sequence. Therefore, research in genomic, epigenomic and transcriptomic fields will provide convergent information to unravel the causes of ASD, necessary to establish improved diagnostic protocols and therapeutic strategies, allowing an earlier diagnosis and personalized treatment crucial for a better prognosis. Our data reveal variants associated to the phenotype which shows genetic-epigenetic interplay along with gene expression consequences. It also reveals region epigenetic variants, which follow a polygenic or complex model. Finally, we found ASD genotype-specific epigenetic marks. In the future, the progress in cost-efficiency technologies assessing epigenomics, and the availability of a reference epigenome in various tissues and cell types will provide the background to set a step-forward in establishing the developmental stage, cell types and tissues involved in the epigenetic mechanisms of the disorder.

L'etiologia dels trastorns de l'espectre autista (TEA), un grup de malalties del neurodesenvolupament d’aparició primerenca caracteritzades per problemes de comunicació, relació social, i per la presencia d’interessos restringits, és desconeguda per un terç dels individus afectats. La intensa investigació feta durant l'última dècada ha revelat una gran contribució genètica en aquesta malaltia, mentre que de l’epigenètica tot just es comença a evidenciar. Les marques epigenètiques, sense alterar la seqüència genètica subjacent, tenen un efecte en l'expressió dels gens. A la vegada, aquestes marques epigenètiques es poden veure afectades per mutacions genètiques a la seqüència. Així doncs, la recerca en genòmica, epigenòmica i transcriptòmica proporcionarà informació convergent per determinar les causes dels TEA, indispensable per establir millores en els protocols de diagnòstic i en estratègies terapèutiques, facilitant el diagnòstic precoç i el tractament personalitzat, crucial per a un millor pronòstic. Les nostres dades mostren que hi ha alteracions genètiques i epigenètiques associades al fenotip, que interactuen i tenen conseqüències sobre l’expressió gènica. També hem trobat regions amb alteracions epigenètiques, que sembla que contribueixen de manera additiva i seguint un model complex. Finalment, trobem marques epigenètiques específiques de grups de genotips TEA. En el futur, la millora de les tecnologies disponibles per avaluar l’epigenòmica, i la disponibilitat d'un epigenoma de referència en diversos teixits i tipus cel•lulars, serviran com a base per fer un pas cap endavant en l'establiment de l’etapa del desenvolupament, dels tipus cel•lulars i els teixits involucrats en els mecanismes epigenètics del trastorn.