Abstract Background Despite the important role DNA methylation plays in transcriptional regulation, the transgenerational inheritance of DNA methylation is not well understood. The genetic heritability of DNA methylation has been estimated using twin pairs, although concern has been expressed whether the underlying assumption of equal common environmental effects are applicable due to intrauterine differences between monozygotic and dizygotic twins. We estimate the heritability of DNA methylation on peripheral blood leukocytes using Illumina HumanMethylation450 array using a family based sample of 614 people from 117 families, allowing comparison both within and across generations. Results The correlations from the various available relative pairs indicate that on average the similarity in DNA methylation between relatives is predominantly due to genetic effects with any common environmental or zygotic effects being limited. The average heritability of DNA methylation measured at probes with no known SNPs is estimated as 0.187. The ten most heritable methylation probes were investigated with a genome-wide association study, all showing highly statistically significant cis mQTLs. Further investigation of one of these cis mQTL, found in the MHC region of chromosome 6, showed the most significantly associated SNP was also associated with over 200 other DNA methylation probes in this region and the gene expression level of 9 genes. Conclusions The majority of transgenerational similarity in DNA methylation is attributable to genetic effects, and approximately 20% of individual differences in DNA methylation in the population are caused by DNA sequence variation that is not located within CpG sites.

Abstract DNA methylation plays an important role in the regulation of transcription. Genetic control of DNA methylation is a potential candidate for explaining the many identified SNP associations with disease that are not found in coding regions. We replicated 52,916 cis and 2,025 trans DNA methylation quantitative trait loci (mQTL) using methylation from whole blood measured on Illumina HumanMethylation450 arrays in the Brisbane Systems Genetics Study (n = 614 from 177 families) and the Lothian Birth Cohorts of 1921 and 1936 (combined n = 1366). The trans mQTL SNPs were found to be over-represented in 1 Mbp subtelomeric regions, and on chromosomes 16 and 19. There was a significant increase in trans mQTL DNA methylation sites in upstream and 5′ UTR regions. The genetic heritability of a number of complex traits and diseases was partitioned into components due to mQTL and the remainder of the genome. Significant enrichment was observed for height (p = 2.1 × 10 −10 ), ulcerative colitis (p = 2 × 10 −5 ), Crohn’s disease (p = 6 × 10 −8 ) and coronary artery disease (p = 5.5 × 10 −6 ) when compared to a random sample of SNPs with matched minor allele frequency, although this enrichment is explained by the genomic location of the mQTL SNPs.

DNA methylation plays an important role in the regulation of transcription. Genetic control of DNA methylation is a potential candidate for explaining the many identified SNP associations with disease that are not found in coding regions. We replicated 52,916 cis and 2,025 trans DNA methylation quantitative trait loci (mQTL) using methylation measured on Illumina HumanMethylation450 arrays in the Brisbane Systems Genetics Study (n=614 from 177 families) and the Lothian Birth Cohorts of 1921 and 1936 (combined n = 1366). The trans mQTL SNPs were found to be over-represented in 1Mbp subtelomeric regions, and on chromosomes 16 and 19. There was a significant increase in trans mQTL DNA methylation sites in upstream and 5’ UTR regions. No association was observed between either the SNPs or DNA methylation sites of trans mQTL and telomere length. The genetic heritability of a number of complex traits and diseases was partitioned into components due to mQTL and the remainder of the genome. Significant enrichment was observed for height (p = 2.1x10 −10 ), ulcerative colitis (p = 2x10 −5 ), Crohn’s disease (p = 6x10 −8 ) and coronary artery disease (p = 5.5x10 −6 ) when compared to a random sample of SNPs with matched minor allele frequency, although this enrichment is explained by the genomic location of the mQTL SNPs.

The total number of acquired melanocytic nevi on the skin is strongly correlated with melanoma risk. Here we report a meta-analysis of 11 nevus GWAS from Australia, Netherlands, United Kingdom, and United States, comprising a total of 52,506 phenotyped individuals. We confirm known loci including MTAP, PLA2G6, and IRF4, and detect novel SNPs at a genome-wide level of significance in KITLG, DOCK8, and a broad region of 9q32. In a bivariate analysis combining the nevus results with those from a recent melanoma GWAS meta-analysis (12,874 cases, 23,203 controls), SNPs near GPRC5A, CYP1B1, PPARGC1B, HDAC4, FAM208B and SYNE2 reached global significance, and other loci, including MIR146A and OBFC1, reached a suggestive level of significance. Overall, we conclude that most nevus genes affect melanoma risk (KITLG an exception), while many melanoma risk loci do not alter nevus count. For example, variants in TERC and OBFC1 affect both traits, but other telomere length maintenance genes seem to affect melanoma risk only. Our findings implicate multiple pathways in nevogenesis via genes we can show to be expressed under control of the MITF melanocytic cell lineage regulator.

BACKGROUND: Colorectal cancer is an epigenetically heterogeneous disease, however the extent and spectrum of the CpG Island Methylator Phenotype (CIMP) is not clear. RESULTS: An unselected cohort of 216 colorectal cancers clustered into five clinically and molecularly distinct subgroups using Illumina 450K DNA methylation arrays. CIMP-High cancers were most frequent in the proximal colons of female patients. These dichotomised into CIMP-H1 and CIMP-H2 based on methylation profile which was supported by over-representation of BRAF (74%, P<0.0001) or KRAS (55%, P<0.0001) mutation, respectively. Congruent with increasing methylation, there was a stepwise increase in patient age from 62 years in the CIMP-Negative subgroup to 75 years in the CIMP-H1 subgroup (P<0.0001). There was a striking association between PRC2-marked loci and those subjected to significant gene body methylation in CIMP-type cancers (P<1.6x10-78). We identified oncogenes susceptible to gene body methylation and Wnt pathway antagonists resistant to gene body methylation. CIMP cluster specific mutations were observed for genes involved in chromatin remodelling, such as in the SWI/SNF and NuRD complexes, suggesting synthetic lethality. CONCLUSION: There are five clinically and molecularly distinct subgroups of colorectal cancer based on genome wide epigenetic profiling. These analyses highlighted an unidentified role for gene body methylation in progression of serrated neoplasia. Subgroup-specific mutation of distinct epigenetic regulator genes revealed potentially druggable vulnerabilities for these cancers, which may provide novel precision medicine approaches.