Abstract DNA methylation is an epigenetic mark that plays a critical role in regulation of gene expression. DNA methylase (DNMT) inhibitors, inhibit global DNA methylation, and have been a key tool in studies of DNA methylation in healthy or disease conditions. A major bottleneck is the lack of tools to induce global DNA methylation. Here, we engineered a CRISPR based approach, that was initially designed, to enable site specific DNA methylation. Using the synergistic activation mediator (SAM) system, we unexpectedly found that regardless of the targeted sequence any sgRNA induced global genome-wide DNA methylation. We termed this new method SAM-DNMT3A and show that induction of global DNA methylation is a unique vulnerability in ER-positive breast cancer suggesting a therapeutic approach. Our findings highlight the need of caution when using CRISPR based approaches for inducing DNA methylation and demonstrate a new method for global induction of DNA methylation.

Summary Genome-wide association studies (GWAS) have identified >200 loci associated with breast cancer (BC) risk. The majority of candidate causal variants (CCVs) are in non-coding regions and are likely to modulate cancer risk by regulating gene expression. We recently developed a scoring system, INQUISIT, to predict candidate risk genes at BC-risk loci. Here, we used pooled CRISPR activation and suppression screens to validate INQUISIT predictions, and to define the cancer phenotypes they mediate. We measured proliferation in 2D, 3D, and in immune-deficient mice, as well as the effect on the DNA damage response. We performed 60 CRISPR screens and identified 21 high-confidence INQUISIT predictions that mediate a cancer phenotype. We validated the direct regulation of a subset of genes by BC-risk variants using HiCHIP and CRISPRqtl. Furthermore, we show the utility of expression profiling for drug repurposing against these targets. We provide a platform for identifying gene targets of risk variants, and lay a blueprint of interventions for BC risk reduction and treatment.