Summary Inborn errors of human IFN-γ immunity underlie mycobacterial disease. We report a patient with mycobacterial disease due to an inherited deficiency of the transcription factor T-bet. This deficiency abolishes the expression of T-bet target genes, including IFNG , by altering chromatin accessibility and DNA methylation in CD4 + T cells. The patient has profoundly diminished counts of mycobacterial-reactive circulating NK, invariant NKT (iNKT), mucosal-associated invariant T (MAIT), and Vδ2 + γδ T lymphocytes, and of non-mycobacterial-reactive classic T H 1 lymphocytes, the remainders of which also produce abnormally low amounts of IFN-γ. Other IFN-γ-producing lymphocyte subsets however develop normally, but with low levels of IFN-γ production, with exception of Vδ2 − γδ T lymphocytes, which produce normal amounts of IFN-γ in response to non-mycobacterial stimulation, and non-classic T H 1 (T H 1*) lymphocytes, which produce IFN-γ normally in response to mycobacterial antigens. Human T-bet deficiency thus underlies mycobacterial disease by preventing the development of, and IFN-γ production by, innate (NK) and innate-like adaptive lymphocytes (iNKT, MAIT, and Vδ2 + γδ T cells), with mycobacterial-specific, IFN-γ-producing, purely adaptive αβ T H 1* cells unable to compensate for this deficit.

Abstract Background Mutations and multiplications in the gene encoding for alpha-synuclein are associated with Parkinson’s disease (PD). However, not all individuals with alpha-synuclein variants develop PD, suggesting that additional factors are involved. We hypothesized that increased alpha-synuclein might alter epigenetic regulation of PD pathways. Objectives To identify genome-wide DNA methylation and hydroxymethylation changes induced by overexpression of two alpha-synuclein variants in human dopaminergic neurons, and to relate these to the corresponding transcriptome. Methods We assessed DNA methylation and hydroxymethylation at >850,000 CpGs using the EPIC BeadChip in LUHMES cells differentiated to dopaminergic neurons. Control LUHMES neurons, LUHMES neurons overexpressing wild type alpha-synuclein, and LUHMES neurons overexpressing A30P alpha-synuclein were compared. We used SMITE network analysis to identify functionally related genes with altered DNA methylation, DNA hydroxymethylation, and/or gene expression, incorporating LUHMES H3K4me1 ChIP-seq to delineate enhancers in addition to the default promoter and gene body regions. Results Using stringent statistical thresholds, we found that increased expression of wild type or A30P mutant alpha-synuclein induced DNA methylation changes at thousands of CpGs and DNA hydroxymethylation changes at hundreds of CpGs. Differentially methylated sites in both genotypes were enriched for several processes including movement-associated pathways and glutamate signaling. For glutamate and other signaling pathways (i.e. PDGF, insulin), this differential DNA methylation was also associated with transcriptional changes. Conclusions Our results indicated that alpha-synuclein altered the DNA methylome of dopaminergic neurons, influencing regulation of pathways involved in development, signaling, and metabolism. This supports a role for alpha-synuclein in the epigenetic etiology of PD.

ABSTRACT Background Epigenetic clocks based on patterns of DNA methylation have great importance in understanding aging and disease; however, there are basic questions to be resolved in their application. It remains unknown whether epigenetic age acceleration (EAA) within an individual shows strong correlation between different primary tissue sites, the extent to which tissue pathology and clinical illness correlates with EAA in the target organ, and if EAA variability across tissues differs according to sex. Considering the outsized role of age-related illness in Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV), these questions were pursued in a sample enriched for tissue from HIV-infected individuals. Methods We used a custom methylation array to generate DNA methylation data from 661 samples representing 11 human tissues (adipose, blood, bone marrow, heart, kidney, liver, lung, lymph node, muscle, spleen, and pituitary gland) from 133 clinically-characterized, deceased individuals, including 75 infected with HIV. We developed a multimorbidity index based on the clinical disease history. Results Epigenetic age was moderately correlated across tissues. Blood had the greatest number and degree of correlation, most notably with spleen and bone marrow. However, blood did not correlate with epigenetic age of liver. EAA in liver was weakly correlated with EAA in kidney, adipose, lung, and bone marrow. Clinically, hypertension was associated with EAA in several tissues, consistent with the multi-organ impacts of this illness. HIV infection was associated with positive age acceleration in kidney and spleen. Male sex was associated with increased epigenetic acceleration in several tissues. Preliminary evidence indicates that Amyotrophic Lateral Sclerosis is associated with positive EAA in muscle tissue. Finally, greater multimorbidity was associated with greater EAA across all tissues. Conclusion Blood alone will often fail to detect EAA in other tissues. While hypertension is associated with increased EAA in several tissues, many pathologies are associated with organ-specific age acceleration.

ABSTRACT Huntington disease (HD) is an adult-onset neurodegenerative disorder that is caused by a trinucleotide CAG repeat expansion in the HTT gene that codes for the protein huntingtin (HTT or Htt in mice). HTT is a multi-functional, ubiquitously expressed protein that is essential for embryonic survival, normal neurodevelopment, and adult brain function. The ability of wild-type HTT to protect neurons against various forms of death raises the possibility that loss of normal HTT function may worsen disease progression in HD. Huntingtin-lowering therapeutics are being evaluated in clinical trials for HD, but concerns have been raised that decreasing wild-type HTT levels may have adverse effects. Here we show that Htt levels modulate the occurrence of an idiopathic seizure disorder that spontaneously occurs in FVB/N mice. These abnormal FVB/N mice demonstrate various cardinal features of mouse models of epilepsy including spontaneous seizures, astrocytosis, neuronal hypertrophy, upregulation of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and sudden seizure-related death. Interestingly, decreasing wild-type Htt levels increased the frequency of this disorder, while over-expression of HTT completely prevented it. Examination of the mechanism underlying huntingtin’s ability to modulate the frequency of this seizure disorder indicated that over-expression of full length HTT can promote neuronal survival following seizures. Overall, our results demonstrate a protective role for huntingtin in this form of epilepsy and provide a plausible explanation for the observation of seizures in the juvenile form of HD, Lopes-Maciel-Rodan syndrome, and Wolf-Hirschhorn syndrome. Adverse effects caused by altering huntingtin levels has ramifications related to Huntingtin-lowering therapies in development to treat HD.

Abstract Background Accumulating evidence suggests prenatal air pollution exposure alters DNA methylation (DNAm), which could go on to affect long-term health. However, it remains unclear whether prenatal DNAm alterations persist through early life. Identifying DNAm changes that persist from birth into childhood would provide greater insight into the molecular mechanisms that most likely contribute to the association of prenatal air pollution exposure with health outcomes such as atopic disease. Objectives This study investigated the persistence of DNAm changes associated with prenatal NO 2 exposure (a surrogate measure of traffic-related air pollution) at age one to begin characterizing which DNAm changes most likely to contribute to atopic disease. Methods We used an atopy-enriched subset of CHILD study participants (N=145) to identify individual and regional cord blood DNAm differences associated with prenatal NO 2 , followed by an investigation of persistence in age one peripheral blood. As we had repeated DNAm measures, we also isolated postnatal-specific DNAm changes and examined their association with NO 2 exposure in the first year of life. MANOVA tests were used to examine the association between DNAm changes associated with NO 2 and child wheeze and atopy. Results We identified 24 regions of altered cord blood DNAm, with several annotated to HOX genes. Two regions annotated to MPDU1 and C5orf63 were significantly associated with age one wheeze. Further, we found the effect of prenatal NO 2 exposure across CpGs within all altered regions remained similar at age one. A single region of postnatal-specific DNAm annotated to HOXB6 was associated with year one NO 2 and age one atopy. Discussion Regional cord blood DNAm changes associated with prenatal NO 2 exposure persist through at least the first year of life, and some of these changes are associated with age one wheeze. The early-postnatal period remains a sensitive window to DNAm perturbations that may also influence child health.

Caloric restriction (CR) slows biological aging and prolongs healthy lifespan in model organisms. Findings from CALERIE-2™ – the first ever randomized, controlled trial of long-term CR in healthy, non-obese humans – broadly supports a similar pattern of effects in humans. To expand our understanding of the molecular pathways and biological processes underpinning CR effects in humans, we generated a series of genomic datasets from stored biospecimens collected from n=218 participants during the trial. These data constitute the first publicly-accessible genomic data resource for a randomized controlled trial of an intervention targeting the biology of aging. Datasets include whole-genome SNP genotypes, and three-timepoint-longitudinal DNA methylation, mRNA, and small RNA datasets generated from blood, skeletal muscle, and adipose tissue samples (total sample n=2327). The CALERIE Genomic Data Resource described in this article is available from the Aging Research Biobank. This multi-tissue, multi-omic, longitudinal data resource has great potential to advance translational geroscience.

Conventional polygenic scores derived from genome-wide association studies do not reflect gene networks that code for biological functions. We present an alternative approach creating a biologically informed polygenic score based on the insulin receptor (IR) gene networks in the mesocorticolimbic system and hippocampus that regulate reward sensitivity/inhibitory control and memory, respectively. Across multiple samples (n = 4300) our biologically-informed IR-PRS score showed better prediction of child impulsivity and cognitive performance, as well as risk for early addiction onset and Alzheimer's disease in comparison to conventional polygenic scores for ADHD, addiction and dementia. This novel, biologically-informed approach enables the use of genomic datasets to probe relevant biological processes involved in neural function and disorders.