Early nutrition affects adult metabolism in humans and other mammals, potentially via persistent alterations in DNA methylation. With viable yellow agouti (Avy ) mice, which harbor a transposable element in the agouti gene, we tested the hypothesis that the metastable methylation status of specific transposable element insertion sites renders them epigenetically labile to early methyl donor nutrition. Our results show that dietary methyl supplementation of a/a dams with extra folic acid, vitamin B12, choline, and betaine alter the phenotype of their Avy/a offspring via increased CpG methylation at the Avy locus and that the epigenetic metastability which confers this lability is due to the Avy transposable element. These findings suggest that dietary supplementation, long presumed to be purely beneficial, may have unintended deleterious influences on the establishment of epigenetic gene regulation in humans.

The hypothesis of fetal origins of adult disease posits that early developmental exposures involve epigenetic modifications, such as DNA methylation, that influence adult disease susceptibility. In utero or neonatal exposure to bisphenol A (BPA), a high-production-volume chemical used in the manufacture of polycarbonate plastic, is associated with higher body weight, increased breast and prostate cancer, and altered reproductive function. This study shows that maternal exposure to this endocrine-active compound shifted the coat color distribution of viable yellow agouti (Avy) mouse offspring toward yellow by decreasing CpG (cytosine-guanine dinucleotide) methylation in an intracisternal A particle retrotransposon upstream of the Agouti gene. CpG methylation also was decreased at another metastable locus, the CDK5 activator-binding protein (CabpIAP). DNA methylation at the Avy locus was similar in tissues from the three germ layers, providing evidence that epigenetic patterning during early stem cell development is sensitive to BPA exposure. Moreover, maternal dietary supplementation, with either methyl donors like folic acid or the phytoestrogen genistein, negated the DNA hypomethylating effect of BPA. Thus, we present compelling evidence that early developmental exposure to BPA can change offspring phenotype by stably altering the epigenome, an effect that can be counteracted by maternal dietary supplements.

Genistein, the major phytoestrogen in soy, is linked to diminished female reproductive performance and to cancer chemoprevention and decreased adipose deposition. Dietary genistein may also play a role in the decreased incidence of cancer in Asians compared with Westerners, as well as increased cancer incidence in Asians immigrating to the United States. Here, we report that maternal dietary genistein supplementation of mice during gestation, at levels comparable with humans consuming high-soy diets, shifted the coat color of heterozygous viable yellow agouti (Avy/a) offspring toward pseudoagouti. This marked phenotypic change was significantly associated with increased methylation of six cytosine–guanine sites in a retrotransposon upstream of the transcription start site of the Agouti gene. The extent of this DNA methylation was similar in endodermal, mesodermal, and ectodermal tissues, indicating that genistein acts during early embryonic development. Moreover, this genistein-induced hypermethylation persisted into adulthood, decreasing ectopic Agouti expression and protecting offspring from obesity. Thus, we provide the first evidence that in utero dietary genistein affects gene expression and alters susceptibility to obesity in adulthood by permanently altering the epigenome.

The electrical conductivity and relative permittivity of malignant and normal human tissues were measured at frequencies from 50 to 900 MHz. The measurements were made between 23 and 25 °C using a network analyzer connected to a flat‐ended coaxial probe that was pressed against the freshly excised tissue samples. The malignant tissues were of the following normal tissue origin: bladder, colon, kidney, liver, lung, lymph nodes, mammary gland, spleen, and testes. The normal tissues included: colon, kidney, liver, lung, mammary gland, and muscle. Normal tissue samples of bladder, lymph, spleen, and testes were not available. In general, at all frequencies tested, both conductivity and relative permittivity were greater in malignant tissue than in normal tissue of the same type. For tissues of the same type, the differences in electrical properties from normal to malignant were the least for kidney (about 6% and 4% average differences over the frequency range in permittivity and conductivity, respectively), and these differences were the greatest for mammary gland (about 233% and 577% average differences in permittivity and conductivity, respectively). To illustrate a potential use of these data in hyperthermia applications, frequency‐selective heating of malignant tissue (modeled as a sphere) surrounded by host normal tissue is calculated from the measured electrical properties for certain tissues.

We report a high-quality draft of the genome sequence of the grey, short-tailed opossum (Monodelphis domestica). As the first metatherian ('marsupial') species to be sequenced, the opossum provides a unique perspective on the organization and evolution of mammalian genomes. Distinctive features of the opossum chromosomes provide support for recent theories about genome evolution and function, including a strong influence of biased gene conversion on nucleotide sequence composition, and a relationship between chromosomal characteristics and X chromosome inactivation. Comparison of opossum and eutherian genomes also reveals a sharp difference in evolutionary innovation between protein-coding and non-coding functional elements. True innovation in protein-coding genes seems to be relatively rare, with lineage-specific differences being largely due to diversification and rapid turnover in gene families involved in environmental interactions. In contrast, about 20% of eutherian conserved non-coding elements (CNEs) are recent inventions that postdate the divergence of Eutheria and Metatheria. A substantial proportion of these eutherian-specific CNEs arose from sequence inserted by transposable elements, pointing to transposons as a major creative force in the evolution of mammalian gene regulation.

Imprinted genes are essential in embryonic development, and imprinting dysregulation contributes to human disease. We report two new human imprinted genes: KCNK9 is predominantly expressed in the brain, is a known oncogene, and may be involved in bipolar disorder and epilepsy, while DLGAP2 is a candidate bladder cancer tumor suppressor. Both genes lie on chromosome 8, not previously suspected to contain imprinted genes. We identified these genes, along with 154 others, based on the predictions of multiple classification algorithms using DNA sequence characteristics as features. Our findings demonstrate that DNA sequence characteristics, including recombination hot spots, are sufficient to accurately predict the imprinting status of individual genes in the human genome.

IGF2 loss of imprinting (LOI) is fairly prevalent and implicated in the pathogenesis of human cancer and developmental disease; however, the causes of this phenomenon are largely unknown. We determined whether the post-weaning diet of mice affects allelic expression and CpG methylation of Igf2. C57BL/6J×Cast/EiJ F1 hybrid mice were weaned onto (1) a standard natural ingredient control diet, (2) a synthetic control diet or (3) a synthetic methyl-donor-deficient diet lacking folic acid, vitamin B12, methionine and choline. Maternal Igf2 expression in kidney was negligible at birth, but increased to ∼10% of total expression after 60 days on the natural control diet. By 60 days post-weaning, both synthetic diets caused significant LOI of Igf2 relative to animals weaned onto the natural control diet. Total Igf2 expression was significantly reduced in these groups, however, indicating that the increase in relative maternal Igf2 expression was caused by specific down-regulation of the paternal allele. The LOI induced by the synthetic-deficient diet persisted during a subsequent 100-day 'recuperation' period on natural ingredient diet. There were no group differences in overall or allele-specific CpG methylation in the H19 differentially methylated region (DMR), Igf2 DMR0 or Igf2 DMR1. At 30 and 60 days post-weaning, however, the paternal allele of Igf2 DMR2 was hypermethylated in the kidneys of mice on the control synthetic diet. These results indicate that post-weaning diet can permanently affect expression of Igf2, suggesting that childhood diet could contribute to IGF2 LOI in humans.

Data from epidemiological and animal model studies suggest that nutrition during pregnancy may affect the health status of subsequent generations. These transgenerational effects are now being explained by disruptions at the level of the epigenetic machinery. Besides in vitro environmental exposures, the possible impact on the reprogramming of methylation profiles at imprinted genes at a much earlier time point, such as during spermatogenesis or oogenesis, has not previously been considered. In this study, our aim was to determine associations between preconceptional obesity and DNA methylation profiles in the offspring, particularly at the differentially methylated regions (DMRs) of the imprinted Insulin-like Growth Factor 2 (IGF2) gene. We examined DNA from umbilical cord blood leukocytes from 79 newborns, born between July 2005 and November 2006 at Duke University Hospital, Durham, NC. Their mothers participated in the Newborn Epigenetics Study (NEST) during pregnancy. Parental characteristics were obtained via standardized questionnaires and medical records. DNA methylation patterns at two DMRs were analyzed by bisulfite pyrosequencing; one DMR upstream of IGF2 (IGF2 DMR), and one DMR upstream of the neighboring H19 gene (H19 DMR). Multiple regression models were used to determine potential associations between the offspring's DNA methylation patterns and parental obesity before conception. Obesity was defined as body mass index (BMI) ≥30 kg/m2. Hypomethylation at the IGF2 DMR was associated with paternal obesity. Even after adjusting for several maternal and newborn characteristics, we observed a persistent inverse association between DNA methylation in the offspring and paternal obesity (β-coefficient was -5.28, P = 0.003). At the H19 DMR, no significant associations were detected between methylation patterns and paternal obesity. Our data suggest an increase in DNA methylation at the IGF2 and H19 DMRs among newborns from obese mothers, but a larger study is warranted to further explore the potential effects of maternal obesity or lifestyle on the offspring's epigenome. While our small sample size is limited, our data indicate a preconceptional impact of paternal obesity on the reprogramming of imprint marks during spermatogenesis. Given the biological importance of imprinting fidelity, our study provides evidence for transgenerational effects of paternal obesity that may influence the offspring's future health status.

Abstract Literature on maternal exposures and the risk of epigenetic changes or diseases in the offspring is growing. Paternal contributions are often not considered. However, some animal and epidemiologic studies on various contaminants, nutrition, and lifestyle‐related conditions suggest a paternal influence on the offspring's future health. The phenotypic outcomes may have been attributed to DNA damage or mutations, but increasing evidence shows that the inheritance of environmentally induced functional changes of the genome, and related disorders, are (also) driven by epigenetic components. In this essay we suggest the existence of epigenetic windows of susceptibility to environmental insults during sperm development. Changes in DNA methylation, histone modification, and non‐coding RNAs are viable mechanistic candidates for a non‐genetic transfer of paternal environmental information, from maturing germ cell to zygote. Inclusion of paternal factors in future research will ultimately improve the understanding of transgenerational epigenetic plasticity and health‐related effects in future generations.

Several epidemiologic studies have demonstrated associations between periconceptional environmental exposures and health status of the offspring in later life. Although these environmentally related effects have been attributed to epigenetic changes, such as DNA methylation shifts at imprinted genes, little is known about the potential effects of maternal and paternal preconceptional overnutrition or obesity.We examined parental preconceptional obesity in relation to DNA methylation profiles at multiple human imprinted genes important in normal growth and development, such as: maternally expressed gene 3 (MEG3), mesoderm-specific transcript (MEST), paternally expressed gene 3 (PEG3), pleiomorphic adenoma gene-like 1 (PLAGL1), epsilon sarcoglycan and paternally expressed gene 10 (SGCE/PEG10) and neuronatin (NNAT).We measured methylation percentages at the differentially methylated regions (DMRs) by bisulfite pyrosequencing in DNA extracted from umbilical cord blood leukocytes of 92 newborns. Preconceptional obesity, defined as BMI ⩾30 kg m(-2), was ascertained through standardized questionnaires.After adjusting for potential confounders and cluster effects, paternal obesity was significantly associated with lower methylation levels at the MEST (β=-2.57; s.e.=0.95; P=0.008), PEG3 (β=-1.71; s.e.=0.61; P=0.005) and NNAT (β=-3.59; s.e.=1.76; P=0.04) DMRs. Changes related to maternal obesity detected at other loci were as follows: β-coefficient was +2.58 (s.e.=1.00; P=0.01) at the PLAGL1 DMR and -3.42 (s.e.=1.69; P=0.04) at the MEG3 DMR.We found altered methylation outcomes at multiple imprint regulatory regions in children born to obese parents, compared with children born to non-obese parents. In spite of the small sample size, our data suggest a preconceptional influence of parental life-style or overnutrition on the (re)programming of imprint marks during gametogenesis and early development. More specifically, the significant and independent association between paternal obesity and the offspring's methylation status suggests the susceptibility of the developing sperm for environmental insults. The acquired imprint instability may be carried onto the next generation and increase the risk for chronic diseases in adulthood.