Background: Epigenetic modifications, such as DNA methylation, due to in utero exposures may play a critical role in early programming for childhood and adult illness. Maternal smoking is a major risk factor for multiple adverse health outcomes in children, but the underlying mechanisms are unclear.Objective: We investigated epigenome-wide methylation in cord blood of newborns in relation to maternal smoking during pregnancy.Methods: We examined maternal plasma cotinine (an objective biomarker of smoking) measured during pregnancy in relation to DNA methylation at 473,844 CpG sites (CpGs) in 1,062 newborn cord blood samples from the Norwegian Mother and Child Cohort Study (MoBa) using the Infinium HumanMethylation450 BeadChip (450K).Results: We found differential DNA methylation at epigenome-wide statistical significance (p-value < 1.06 × 10–7) for 26 CpGs mapped to 10 genes. We replicated findings for CpGs in AHRR, CYP1A1, and GFI1 at strict Bonferroni-corrected statistical significance in a U.S. birth cohort. AHRR and CYP1A1 play a key role in the aryl hydrocarbon receptor signaling pathway, which mediates the detoxification of the components of tobacco smoke. GFI1 is involved in diverse developmental processes but has not previously been implicated in responses to tobacco smoke.Conclusions: We identified a set of genes with methylation changes present at birth in children whose mothers smoked during pregnancy. This is the first study of differential methylation across the genome in relation to maternal smoking during pregnancy using the 450K platform. Our findings implicate epigenetic mechanisms in the pathogenesis of the adverse health outcomes associated with this important in utero exposure.

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.

Background Previous studies suggest an association between obesity and oesophageal (OA) and oesophagogastric junction adenocarcinomas (OGJA). However, these studies have been limited in their ability to assess whether the effects of obesity vary by gender or by the presence of gastro-oesophageal reflux (GERD) symptoms.

Folic acid (FA) supplementation before and during pregnancy has been associated with decreased risk of neural tube defects although recent reports suggest it may also increase the risk of other chronic diseases. We evaluated exposure to maternal FA supplementation before and during pregnancy in relation to aberrant DNA methylation at two differentially methylated regions (DMRs) regulating Insulin-like Growth Factor 2 (IGF2) expression in infants. Aberrant methylation at these regions has been associated with IGF2 deregulation and increased susceptibility to several chronic diseases. Using a self-administered questionnaire, we assessed FA intake before and during pregnancy in 438 pregnant women. Pyrosequencing was used to measure methylation at two IGF2 DMRs in umbilical cord blood leukocytes. Mixed models were used to determine relationships between maternal FA supplementation before or during pregnancy and DNA methylation levels at birth. Average methylation at the H19 DMR was 61.2%. Compared to infants born to women reporting no FA intake before or during pregnancy, methylation levels at the H19 DMR decreased with increasing FA intake (2.8%, p=0.03, and 4.9%, p=0.04, for intake before and during pregnancy, respectively). This methylation decrease was most pronounced in male infants (p=0.01). Methylation alterations at the H19 DMR are likely an important mechanism by which FA risks and/or benefits are conferred in utero. Because stable methylation marks at DMRs regulating imprinted genes are acquired before gastrulation, they may serve as archives of early exposures with the potential to improve our understanding of developmental origins of adult disease.

ABSTRACT Attention-deficit and hyperactivity disorder (ADHD) is a common childhood disorder with a substantial genetic component. However, the extent to which epigenetic mechanisms play a role in the etiology of the disorder is not known. We performed epigenome-wide association studies (EWAS) within the Pregnancy And Childhood Epigenetics (PACE) Consortium to identify DNA methylation sites associated with ADHD symptoms at two methylation assessment periods: birth and school-age. We examined associations of DNA methylation in cord blood with repeatedly assessed ADHD symptoms (age range 4-15 years) in 2477 children from five cohorts and DNA methylation at school-age with concurrent ADHD symptoms (age 7-11 years) in 2374 children from ten cohorts. CpGs identified with nominal significance (p<0.05) in either of the EWAS were correlated between timepoints (ρ=0.30), suggesting overlap in associations, however, top signals were very different. At birth, we identified nine CpGs that were associated with later ADHD symptoms (P<1*10 −7 ), including ERC2 and CREB5. Peripheral blood DNA methylation at one of these CpGs (cg01271805 located in the promotor region of ERC2, which regulates neurotransmitter release) was previously associated with brain methylation. Another (cg25520701) lies within the gene body of CREB5, which was associated with neurite outgrowth and an ADHD diagnosis in previous studies. In contrast, at school-age, no CpGs were associated with ADHD with P<1*10 −7 . In conclusion, we found evidence in this study that DNA methylation at birth is associated with ADHD. Future studies are needed to confirm the utility of methylation variation as biomarker and its involvement in causal pathways.

Identifying health care utilization and costs associated with active and passive smoking during pregnancy could help improve health management strategies.

Pre-pregnancy maternal obesity is associated with adverse offspring outcomes at birth and later in life. Individual studies have shown that epigenetic modifications such as DNA methylation could contribute. Within the Pregnancy and Childhood Epigenetics (PACE) Consortium, we meta-analysed the association between pre-pregnancy maternal BMI and methylation at over 450,000 sites in newborn blood DNA, across 19 cohorts (9,340 mother-newborn pairs). We attempted to infer causality by comparing effects of maternal versus paternal BMI and incorporating genetic variation. In four additional cohorts (1,817 mother-child pairs), we meta-analysed the association between maternal BMI at the start of pregnancy and blood methylation in adolescents. In newborns, maternal BMI was associated with small (<0.2% per BMI unit (1kg/m2), P<1.06*10-7) methylation variation at 9,044 sites throughout the genome. Adjustment for estimated cell proportions greatly attenuated the number of significant CpGs to 104, including 86 sites common to the unadjusted model. At 72/86 sites, the direction of association was the same in newborns and adolescents, suggesting persistence of signals. However, we found evidence for a causal intrauterine effect of maternal BMI on newborn methylation at just 8/86 sites. In conclusion, this well-powered analysis identified robust associations between maternal adiposity and variations in newborn blood DNA methylation, but these small effects may be better explained by genetic or lifestyle factors than a causal intrauterine mechanism. This highlights the need for large-scale collaborative approaches and the application of causal inference techniques in epigenetic epidemiology.

Abstract Childhood appetitive traits are consistently associated with obesity risk, and yet their etiology is poorly understood. Appetitive traits are complex phenotypes which are hypothesized to be influenced by both genetic and environmental factors, as well as their interactions. Early-life epigenetic processes, such as DNA methylation (DNAm), may be involved in the developmental programming of appetite regulation in childhood. In the current study, we meta-analyzed epigenome-wide association studies (EWASs) of cord blood DNAm and early-childhood appetitive traits. Data were from two independent cohorts: the Generation R Study ( n =1,086, Rotterdam, the Netherlands) and the Healthy Start study ( n =236, Colorado, USA). DNAm at autosomal methylation sites in cord blood was measured using the Illumina Infinium HumanMethylation450 BeadChip. Parents reported on their child’s food responsiveness, emotional undereating, satiety responsiveness and food fussiness using the Children’s Eating Behaviour Questionnaire at age 4-5 years. Multiple regression models were used to examine the association of DNAm (predictor) at the individual site- and regional-level (using DMRff) with each appetitive trait (outcome), adjusting for covariates. Bonferroni-correction was applied to adjust for multiple testing. There were no associations of DNAm and any appetitive trait at the individual site-level. However, at the regional level, we identified 45 associations of DNAm with food responsiveness, 7 associations of DNAm with emotional undereating, 13 associations of DNAm with satiety responsiveness, and 9 associations of DNAm with food fussiness. This study shows that DNAm in the newborn may partially explain variation in appetitive traits expressed in early childhood and provides preliminary support for early programming of child appetitive traits through DNAm. Investigating differential DNAm associated with appetitive traits could be an important first step in identifying biological pathways underlying the development of these behaviors.