Abstract Aims Epigenetic clocks are widely applied as surrogates for biological age in different tissues and/or diseases, including several neurodegenerative diseases. Despite white matter (WM) changes often being observed in neurodegenerative diseases, no study has investigated epigenetic ageing in white matter. Methods We analysed the performances of two DNA methylation-based clocks, DNAmClock Multi and DNAmClock Cortical , in post-mortem WM tissue from multiple subcortical regions and the cerebellum, and in oligodendrocyte-enriched nuclei. We also examined epigenetic ageing in control and multiple system atrophy (MSA) (WM and mixed WM and grey matter), as MSA is a neurodegenerative disease comprising pronounced WM changes and α-synuclein aggregates in oligodendrocytes. Results Estimated DNA methylation (DNAm) ages showed strong correlations with chronological ages, even in WM (e.g., DNAmClock Cortical , r = [0.80-0.97], p<0.05). However, performances and DNAm age estimates differed between clocks and brain regions. DNAmClock Multi significantly underestimated ages in all cohorts except in the MSA prefrontal cortex mixed tissue, whereas DNAmClock Cortica tended towards age overestimations. Pronounced age overestimations in the oligodendrocyte-enriched cohorts (e.g., oligodendrocyte-enriched nuclei, p=6.1×10 -5 ) suggested that this cell-type ages faster. Indeed, significant positive correlations were observed between estimated oligodendrocyte proportions and DNAm age acceleration estimated by DNAmClock Cortica (r>0.31, p<0.05), and similar trends with DNAmClock Multi . Although increased age acceleration was observed in MSA compared to controls, no significant differences were observed upon adjustment for possible confounders (e.g., cell-type proportions). Conclusions Our findings show that oligodendrocyte proportions positively influence epigenetic age acceleration across brain regions and highlight the need to further investigate this in ageing and neurodegeneration.

ABSTRACT Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) is an umbrella term describing the neuropathology of a clinically, genetically and pathologically heterogeneous group of diseases, including frontotemporal dementia (FTD) and progressive supranuclear palsy (PSP). Among the major FTLD pathological subgroups, FTLD with TDP-43 positive inclusions (FTLD-TDP) and FTLD with tau positive inclusions (FTLD-tau) are the most common, representing about 90% of the cases. Although alterations in DNA methylation have been consistently associated with neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease, little is known for FTLD and its heterogeneous subgroups and subtypes. The main goal of this study was to investigate DNA methylation variation in FTLD-TDP and FTLD-tau. We used frontal cortex genome-wide DNA methylation profiles from three FTLD cohorts (234 individuals), generated using the Illumina 450K or EPIC microarray. We performed epigenome-wide association studies (EWAS) for each cohort followed by meta-analysis to identify shared differential methylated loci across FTLD subgroups/subtypes. Additionally, we used weighted gene correlation network analysis to identify co-methylation signatures associated with FTLD and other disease-related traits. Wherever possible, we also incorporated relevant gene/protein expression data. After accounting for a conservative Bonferroni multiple testing correction, the EWAS meta-analysis revealed two differentially methylated loci in FTLD, one annotated to OTUD4 (5’UTR-shore) and the other to NFATC1 (gene body-island). Of these loci, OTUD4 showed consistent upregulation of mRNA and protein expression in FTLD. Additionally, in the three independent co-methylation networks, OTUD4 -containing modules were enriched for EWAS meta-analysis top loci and were strongly associated with the FTLD status. These co-methylation modules were enriched for genes implicated in the ubiquitin system, RNA/stress granule formation and glutamatergic synaptic signalling. Altogether, our findings identified novel FTLD-associated loci, and support a role for DNA methylation as a mechanism involved in the dysregulation of biological processes relevant to FTLD, highlighting novel potential avenues for therapeutic development.

Multiple system atrophy (MSA) is a rare neurodegenerative disease characterized by neuronal loss and gliosis, with oligodendroglial cytoplasmic inclusions (GCI's) containing alpha-synuclein being the primary pathological hallmark. Clinical presentations of MSA overlap with other parkinsonian disorders such as Parkinson's disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB), and progressive supranuclear palsy (PSP), posing challenges in early diagnosis. Numerous studies have reported perturbations in DNA methylation in neurodegenerative diseases, with candidate loci being identified in various parkinsonian disorders including MSA, PD, and PSP. Although MSA and PSP present with substantial white matter pathology, alterations in white matter have also been reported in PD. However, studies comparing the DNA methylation architectures of white matter in these diseases are lacking. We therefore aimed to investigate three parkinsonian diseases, MSA, PD, and PSP, to identify shared and disease-specific DNA methylation alterations in white matter. Genome-wide DNA methylation profiling of frontal lobe white matter of individuals with MSA (n=17), PD (n=17), and PSP (n=16) and controls (n=15), using the Illumina EPIC array, revealed substantial commonalities in DNA methylation perturbations in MSA, PD, and PSP. We further used weighted gene correlation network analysis to identify disease-associated co-methylation signatures and identified dysregulation in processes relating to Wnt signalling, signal transduction, endoplasmic reticulum stress, mitochondrial processes, RNA interference, and endosomal transport. Our results highlight several shared DNA methylation perturbations and pathways indicative of converging molecular mechanisms contributing towards neurodegeneration in the white matter of all three parkinsonian diseases.

Abstract Frontotemporal lobar degeneration (FTLD) includes a heterogeneous group of disorders pathologically characterized by the degeneration of the frontal and temporal lobes. In addition to major genetic contributors of FTLD such as mutations in MAPT, GRN , and C9orf72 , recent work has identified several epigenetic modifications including significant differential DNA methylation in DLX1 , and OTUD4 loci. As aging remains to be one of the major risk factors for FTLD, we investigated the presence of accelerated epigenetic aging in FTLD compared to controls. We calculated epigenetic age in both peripheral blood and brain tissues of multiple FTLD subtypes using several DNA methylation clocks, i.e., DNAmClock Multi , DNAmClock Hannum , DNAmClock Cortical , GrimAge and PhenoAge, and determined age acceleration and its association with different cellular proportions and clinical traits. Significant epigenetic age acceleration was observed in the peripheral blood of both frontotemporal dementia (FTD) and progressive supranuclear palsy (PSP) patients compared to controls with DNAmClock Hannum , even after accounting for confounding factors. A similar trend was observed with both DNAmClock Multi and DNAmClock Cortical in post-mortem frontal cortex tissue of PSP patients and in FTLD cases harboring GRN mutations. Our findings support that increased epigenetic age acceleration in the peripheral blood could be an indicator for PSP and to a smaller extent, FTD.