Building an autism severity classification model for Nf1 mouse

Abstract

RESUMO: A perturbação do espectro do autismo é uma perturbação do neurodesenvolvimento caracterizada por défices na socialização e comunicação, comportamentos repetitivos/estereotipias e, em alguns casos, capacidade cognitiva reduzida. A apresentação e a gravidade dos sintomas são bastante heterogéneas. Em humanos, o autismo é classificado em três níveis, dependendo da severidade dos sintomas: nível 1 (leve), nível 2 (moderado) e nível 3 (severo). Vários modelos animais têm sido usados em estudos na área do autismo os quais apresentam mutações genéticas para recapitular o fenótipo da perturbação. Contudo, mesmo em animais com o mesmo fundo genético, o nível de severidade dos sintomas varia, resultando em heterogeneidade dos dados obtidos, o que é, geralmente, visto como indesejável. Por outro lado, esta heterogeneidade é semelhante ao que é observado em humanos, e poderá ser usado para uma melhor translação dos estudos. Ao classificar os animais em três níveis de severidade diferentes, novas informações podem ser obtidas sobre a Perturbação do Espectro do Autismo e o impacto de diferentes fatores na severidade dos sintomas, bem como o impacto da severidade na eficácia de diferentes terapias. Este estudo apresenta um modelo de classificação de severidade de autismo, o qual foi construído usando um modelo de perturbação do espectro do autismo, o modelo animal de neurofibromatose tipo 1 (Nf1+/- ). Para isso, pontuações de diferentes medidas comportamentais para marcos de desenvolvimento em período neonatal bem como para comportamentos social e repetitivo, e aprendizagem/memória foram utilizadas para obter uma pontuação composta. Este modelo foi bastante preciso na identificação dos animais Nf1+/- com fenótipo semelhante ao autismo, distinguindo-o dos seus irmãos de ninhada sem mutação (murganhos wild-type). Esta classificação foi seguida por um modelo de multi-classificação, que posteriormente atribuiu um nível de severidade aos animais Nf1+/- . Este modelo mostra menos precisão e terá de ser melhorado com mais dados. A distribuição dos níveis de gravidade dentro da amostra obtida pelo modelo de multi-classificação está próxima da distribuição da severidade de autismo na população de neurofibromatose tipo 1 humana com perturbação do espetro do autismo.

ABSTRACT: Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by deficits in social behaviour and communication, repetitive behaviours/stereotypies, and, in some cases, cognitive disability. Due to heterogeneity of symptomatology and severity of ASD, clinically autism is classified in three levels: level 1 (mild), level 2 (moderate), level 3 (severe). To investigate autism features, several animal models with genetic mutations were used to recapitulate autism core symptoms. However, even in animals with the same genetic background, symptom severity varies, resulting in heterogeneity of data obtained. This is often seen as undesirable. But, if we look at it as a representation of what is observed in humans, it could be used to improve translatability of autism research. By classifying animals into three different severity levels, new insights can be obtained about the ASD, and the impact of different factors on severity, as well as the impact of severity in effectiveness of different therapies. Here, using a model of ASD, the mouse model of neurofibromatosis type 1 (Nf1+/- ), was built a model of autism severity classification. For this, scores from different behavioural measures for developmental milestones as well as dimensions of social, repetitive behaviour, and learning/memory were used to obtain a composite score. This model was highly accurate and precise at identifying Nf1+/- and distinguishing it from their littermates wild-type. This was followed by a multi-classification model that further attributed a severity level to Nf1+/- animals. This model show less accuracy and should be improved with more data. The distribution of severity levels within the sample given by the multiclassification model is close to the distribution of autism severity in the human neurofibromatosis type 1 population with ASD comorbidity.