Importance Understanding the mechanisms by which physical activity is associated with a lower risk of psychiatric symptoms may stimulate the identification of cost-efficient strategies for preventing and treating mental illness at early life stages. Objective To examine neurobiological, psychosocial, and behavioral mechanisms that mediate associations of physical activity with psychiatric symptoms in youth by testing an integrated model. Design, setting, and participants Generation R is an ongoing prospective population-based cohort study collecting data from fetal life until young adulthood in a multiethnic urban population in the Netherlands. Pregnant women living in Rotterdam with an expected delivery date between April 2002 and January 2006 were eligible for participation along with their children born during this time. Data were collected at a single research center in the Erasmus Medical Center Sophia Children’s Hospital. For the current study, data were analyzed from 4216 children with complete data on both exposure and outcome at ages 6, 10, and 13 years. Data were analyzed from January 2021 to November 2022. Exposures Physical activity was ascertained at age 6 years (visit 1) via parent report and included weekly frequency and duration of walking or cycling to or from school, physical education at school, outdoor play, swimming, and sports participation. Main Outcomes and Measures Psychiatric symptoms (internalizing and externalizing symptoms) were assessed at age 6 years (visit 1) and at age 13 years (visit 3) using the Child Behavior Checklist. Several mechanisms were explored as mediators, measured at age 10 years (visit 2). Neurobiological mechanisms included total brain volume, white matter microstructure, and resting-state connectivity assessed using a 3-T magnetic resonance imaging scanner. Psychosocial mechanisms included self-esteem, body image, and friendship. Behavioral mechanisms included sleep quality, diet quality, and recreational screen time. Pearson correlations between physical activity measures and psychiatric symptoms were calculated, with false discovery rate correction applied to account for the number of tests performed. Mediation analyses were performed when a correlation (defined as false discovery rate P < .05) between exposure and outcome was observed and were adjusted for confounders. Results Among the 4216 children included in this study, the mean (SD) age was 6.0 (0.4) years at visit 1, and 2115 participants (50.2%) were girls. More sports participation was associated with fewer internalizing symptoms (β for direct effect, −0.025; SE, 0.078; P = .03) but not externalizing symptoms. Self-esteem mediated the association between sports participation and internalizing symptoms (β for indirect effect, −0.009; SE, 0.018; P = .002). No evidence was found for associations between any other neurobiological, psychosocial, or behavioral variables. No association was found between other types of physical activity and psychiatric symptoms at these ages. Conclusions and Relevance The integrated model presented in this cohort study evaluated potential mechanisms mediating associations between physical activity and psychiatric symptoms in youth. Self-esteem mediated an association between sports participation in childhood and internalizing symptoms in adolescence; other significant mediations were not observed. Further studies might explore whether larger effects are present in certain subgroups (eg, children at high risk of developing psychiatric symptoms), different ages, or structured sport-based physical activity interventions.

Physical activity has been suggested as modifiable factor that might contribute to improving cognitive and brain function during aging. However, previous studies were mainly of cross-sectional design and did not consider effects of time or potential reverse causality. We aimed to investigate the bidirectional associations of physical activity with brain structure in middle-aged and older adults. Overall, 4365 participants (64.01 ± 10.82 years; 56% women) from the Rotterdam Study had physical activity and brain structure assessed on at least one of 2 timepoints ('baseline': 2006-2012 or 'follow-up': 2012-2017, median duration between visits: 5 years). Physical activity was assessed through the LASA Physical Activity Questionnaire. T1-weighted MRI and diffusion tensor imaging were used to quantify brain volumes and white matter microstructure, respectively. Cross-lagged panel models were performed to estimate bidirectional associations, and linear mixed-effects models to investigate the consistency of findings. Larger total brain volume (β = 0.067, 95%-confidence interval 0.035;0.099, pFDR = 0.001), gray matter volume (β = 0.063, 0.031;0.096, pFDR = 0.002), and white matter volume (β = 0.051, 0.020;0.083, pFDR = 0.013) at baseline were associated with higher levels of sports at follow-up. Lower global mean diffusivity at baseline was associated with higher levels of walking at follow-up (β = -0.074, -0.111;-0.037, pFDR = 0.001). No associations were found between physical activity levels at baseline and brain metrics at follow-up. In conclusion, larger brain volumes and white matter microstructure at baseline were associated with individuals remaining more physically active at follow-up. Overall, this study identified older adults with potentially advanced brain aging status as being at higher risk of physical inactivity over time, and therefore as potential target group for prevention and novel intervention strategies.

Abstract DNA methylation (DNAm) is known to play a pivotal role in childhood health and development, but a comprehensive characterization of genome-wide DNAm trajectories across this age period is currently lacking. We have therefore performed a series of epigenome-wide association studies in 5,019 blood samples collected at multiple time-points from birth to late adolescence from 2,348 participants of two large independent cohorts. DNAm profiles of autosomal CpG sites (CpGs) were generated using the Illumina Infinium HumanMethylation450 BeadChip. Change over time was widespread, observed at over one-half (53%) of CpGs. In most cases DNAm was decreasing (36% of CpGs). Inter-individual variation in linear trajectories was similarly widespread (27% of CpGs). Evidence for nonlinear change and inter-individual variation in nonlinear trajectories was somewhat less common (11% and 8% of CpGs, respectively). Very little inter-individual variation in change was explained by sex differences (0.4% of CpGs) even though sex-specific DNAm was observed at 5% of CpGs. DNAm trajectories were distributed non-randomly across the genome. For example, CpGs with decreasing DNAm were enriched in gene bodies and enhancers and were annotated to genes enriched in immune-developmental functions. By contrast, CpGs with increasing DNAm were enriched in promoter regions and annotated to genes enriched in neurodevelopmental functions. These findings depict a methylome undergoing widespread and often nonlinear change throughout childhood. They support a developmental role for DNA methylation that extends beyond birth into late adolescence and has implications for understanding life-long health and disease. DNAm trajectories can be visualized at http://epidelta.mrcieu.ac.uk .

ABSTRACT Cognitive skills are a strong predictor of a wide range of later life outcomes. Genetic and epigenetic associations across the genome explain some of the variation in general cognitive abilities in the general population and it is plausible that epigenetic associations might arise from prenatal environmental exposures and/or genetic variation early in life. We investigated the association between cord blood DNA methylation at birth and cognitive skills assessed in children from eight pregnancy cohorts (N=2196-3798) within the Pregnancy And Childhood Epigenetics (PACE) Consortium across overall, verbal and non-verbal cognitive scores. The associations at single CpG sites were weak for all of the cognitive domains investigated. One region near DUSP22 on chromosome 6 was associated with non-verbal cognition in a model adjusted for maternal IQ. We conclude that there is little evidence to support the idea that cord blood DNA methylation at single CpGs can predict cognitive skills and further studies are needed to confirm regional differences.

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.

Background: Human aggressive behavior (AGG) has a substantial genetic component. Here we present a large genome-wide association meta-analysis (GWAMA) of childhood AGG. Methods: We analyzed assessments of AGG for a total of 328,935 observations from 87,485 children (aged 1.5 - 18 years), from multiple assessors, instruments, and ages, while accounting for sample overlap. We performed an overall analysis and meta-analyzed subsets of the data within rater, instrument, and age. Results: Heritability based on the overall meta-analysis (AGGall) that could be attributed to Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) was 3.31% (SE=0.0038). No single SNP reached genome-wide significance, but gene-based analysis returned three significant genes: ST3GAL3 (P=1.6E-06), PCDH7 (P=2.0E-06) and IPO13 (P=2.5E-06). All three genes have previously been associated with educational traits. Polygenic scores based on our GWAMA significantly predicted aggression in a holdout sample of children and in retrospectively assessed childhood aggression. We obtained moderate-to-strong genetic correlations (r\_g's) with selected phenotypes from multiple domains, but hardly with any of the classical biomarkers thought to be associated with AGG. Significant genetic correlations were observed with most psychiatric and psychological traits (range.|r\_g |:.0.19 - 1.00), except for obsessive-compulsive disorder. Aggression had a negative genetic correlation (r\_g=~-0.5) with cognitive traits and age at first birth. Aggression was strongly genetically correlated with smoking phenotypes (range.|r\_g |:.0.46 - 0.60). Genetic correlations between AGG and psychiatric disorders were strongest for mother- and self-reported AGG. Conclusions: The current GWAMA of childhood aggression provides a powerful tool to interrogate the genetic etiology of AGG by creating individual polygenic scores and genetic correlations with psychiatric traits.### Competing Interest StatementMiquel Casas has received travel grants and research support from Eli Lilly and Co., Janssen-Cilag, Shire and Lundbeck and served as consultant for Eli Lilly and Co., Janssen-Cilag, Shire and Lundbeck. Josep Antoni Ramos Quiroga was on the speakers’ bureau and/or acted as consultant Eli-Lilly, Janssen-Cilag, Novartis, Shire, Lundbeck, Almirall, Braingaze, Sincrolab, Medicine, Exeltis and Rubió in the last 5 years. He also received travel awards (air tickets + hotel) for taking part in psychiatric meetings from Janssen-Cilag, Rubió, Shire, Medice and Eli-Lilly. The Department of Psychiatry chaired by him received unrestricted educational and research support from the following companies in the last 5 years: Eli-Lilly, Lundbeck, Janssen-Cilag, Actelion, Shire, Ferrer, Oryzon, Roche, Psious, and Rubió.

Infections during pregnancy have been robustly associated with adverse mental and physical health outcomes in offspring, yet the underlying molecular pathways remain largely unknown. Here, we examined whether exposure to common infections in utero associates with DNA methylation (DNAm) patterns at birth and whether this in turn relates to offspring health outcomes in the general population. Using data from 2,367 children from the Dutch population-based Generation R Study, we first performed an epigenome-wide association study to identify differentially methylated sites and regions at birth associated with prenatal infection exposure. We also examined the influence of infection timing by using self-reported cumulative infection scores for each trimester. Second, we sought to develop an aggregate methylation profile score (MPS) based on cord blood DNAm as an epigenetic proxy of prenatal infection exposure and tested whether this MPS prospectively associates with offspring health outcomes, including psychiatric symptoms, BMI, and asthma at ages 13–16 years. Third, we investigated whether prenatal infection exposure associates with offspring epigenetic age acceleration – a marker of biological aging. Across all analysis steps, we tested whether our findings replicate in 864 participants from an independent population-based cohort (ALSPAC, UK). We observed no differentially methylated sites or regions in cord blood in relation to prenatal infection exposure, after multiple testing correction. 33 DNAm sites showed suggestive associations (p < 5e10 − 5; of which one was also nominally associated in ALSPAC), indicating potential links to genes associated with immune, neurodevelopmental, and cardiovascular pathways. While the MPS of prenatal infections associated with maternal reports of infections in the internal hold out sample in the Generation R Study (R2incremental = 0.049), it did not replicate in ALSPAC (R2incremental = 0.001), and it did not prospectively associate with offspring health outcomes in either cohort. Moreover, we observed no association between prenatal exposure to infections and epigenetic age acceleration across cohorts and clocks. In contrast to prior studies, which reported DNAm differences in offspring exposed to severe infections in utero, we do not find evidence for associations between self-reported clinically evident common infections during pregnancy and DNAm or epigenetic aging in cord blood within the general pediatric population. Future studies are needed to establish whether associations exist but are too subtle to be statistically meaningful with present sample sizes, whether they replicate in a cohort with a more similar infection score as our discovery cohort, whether they occur in different tissues than cord blood, and whether other biological pathways may be more relevant for mediating the effect of prenatal common infection exposure on downstream offspring health outcomes.

Humans are social animals that experience intense suffering when they perceive a lack of social connection. Modern societies are experiencing an epidemic of loneliness. While the experience of loneliness is universally human, some people report experiencing greater loneliness than others. Loneliness is more strongly associated with mortality than obesity, emphasizing the need to understand the nature of the relationship between loneliness and health. While it is intuitive that circumstantial factors such as marital status and age influence loneliness, there is also compelling evidence of a genetic predisposition towards loneliness. To better understand the genetic architecture of loneliness and its relationship with associated outcomes, we conducted a genome-wide association (GWAS) meta-analysis of loneliness (N=475,661), report 12 associated loci (two novel) and significant genetic correlations with 34 other complex traits. The polygenic basis for loneliness was significantly enriched for evolutionary constrained genes and genes expressed in specific brain tissues: (frontal) cortex, cerebellum, anterior cingulate cortex, and substantia nigra. We built polygenic scores based on this GWAS meta-analysis to explore the genetic association between loneliness and health outcomes in an independent sample of 18,498 individuals for whom electronic health records were available. A genetic predisposition towards loneliness predicted cardiovascular, psychiatric, and metabolic disorders, and triglycerides and high-density lipoproteins. Mendelian randomization analyses showed evidence of a causal, increasing, effect of body fat on loneliness, and a similar weaker causal effect of BMI. Our results provide a framework for ongoing studies of the genetic basis of loneliness and its role in mental and physical health.

Abstract DNA methylation (DNAm) at specific sites can be used to calculate ‘epigenetic clocks’, which in adulthood are used as indicators of age( ing ). However, little is known about how these clock sites ‘behave’ during development and what factors influence their variability in early life. This knowledge could be used to optimize healthy aging well before the onset of age-related conditions. Here, we leveraged results from two longitudinal population-based cohorts ( N =5,019 samples from 2,348 individuals) to characterize trajectories of adult clock sites from birth to early adulthood. We find that clock sites (i) diverge widely in their developmental trajectories, often showing non-linear change over time; (ii) are substantially more likely than non-clock sites to vary between individuals already from birth, differences that are predictive of DNAm variation at later ages; and (iii) show enrichment for genetic and prenatal environmental exposures, supporting an early-origins perspective to epigenetic aging.