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.

BACKGROUND: Epigenetic variation is implicated in a range of non-communicable diseases, including those of the eye. However, investigating the role of epigenetic variation in ocular disease remains problematic as the degree of correlation in epigenetic profile between central (such as the brain or eye) and peripheral tissues (blood or saliva) within an individual remains largely unclear. METHODS: Matched whole blood from the subclavian vein, and whole eyes (N=8) were obtained post-mortem. DNA was isolated from blood, neurosensory retina, retinal pigment epithelium (RPE)/choroid and optic nerve tissue. DNA methylation profiling was performed using the Illumina Infinium HumanMethylation450 platform. Following standard quality control measures a total of 433,768 methylation values common to all samples were available for use in subsequent analysis. RESULTS: Unsupervised hierarchical clustering and principal components analysis revealed tissue of origin as the main driver of variation within the dataset. Despite this, there was a strong correlation of methylation profiles between tissues within each individual. Over 255,000 CpG sites were found to have similar methylation levels (beta <0.2 or beta >0.8) across different tissues in the same individuals, with a further ~16,000 sites having similar methylation profiles across ocular tissues only. Only a small proportion of probes showing interindividual variation in blood, covaried across blood and eye tissues within individuals. CONCLUSIONS: An improved understanding of the epigenetic landscape of the eye will have important ramifications for regenerative medicine and ongoing dissection of gene-environment interactions in eye disease. Despite a generally high correlation in methylation values irrespective ofsample origin, tissue type is the major driver of methylation variation, with only limited covariation between blood and any specific ocular tissue. Caution is warranted when aiming to infer ocular tissue methylation status from blood samples.

Background: Several studies have reported DNA methylation in blood to be associated with body mass index (BMI), but only a few have investigated causal aspects of the association. We used a twin family design to assess this association at two life points and applied a novel analytical approach to investigate the evidence for causality. Methods: The methylation profile of DNA from peripheral blood was measured for 479 Australian women (mean age 56 years) from 130 twin families. Linear regression was used to estimate the associations of methylation at ~410 000 cytosine-guanine dinucleotides (CpG), and of the average methylation at ~20 000 genes, with current BMI, BMI at age 18-21 years, and the change between the two (BMI change). A novel regression-based methodology for twins, Inference about Causation through Examination of Familial Confounding (ICE FALCON), was used to assess causation. Results: At 5% false discovery rate, nine, six and 12 CpGs at 24 loci were associated with current BMI, BMI at age 18-21 years and BMI change, respectively. The average methylation of BHLHE40 and SOCS3 loci was associated with current BMI, and of PHGDH locus was associated with BMI change. From the ICE FALCON analyses with BMI as the predictor and methylation as the outcome, a woman's methylation level was associated with her co-twin's BMI, and the association disappeared conditioning on her own BMI, consistent with BMI causing methylation. To the contrary, using methylation as the predictor and BMI as the outcome, a woman's BMI was not associated with her co-twin's methylation level, consistent with methylation not causing BMI. Conclusion: For middle-aged women, peripheral blood DNA methylation at several genomic locations is associated with current BMI, BMI at age 18-21 years and BMI change. Our study suggests that BMI has a causal effect on peripheral blood DNA methylation.