Genome-wide DNA methylation (DNAm) profiling has allowed for the development of molecular predictors for a multitude of traits and diseases. Such predictors may be more accurate than the self-reported phenotypes and could have clinical applications. Here, penalized regression models are used to develop DNAm predictors for ten modifiable health and lifestyle factors in a cohort of 5087 individuals. Using an independent test cohort comprising 895 individuals, the proportion of phenotypic variance explained in each trait is examined for DNAm-based and genetic predictors. Receiver operator characteristic curves are generated to investigate the predictive performance of DNAm-based predictors, using dichotomized phenotypes. The relationship between DNAm scores and all-cause mortality (n = 212 events) is assessed via Cox proportional hazards models. DNAm predictors for smoking, alcohol, education, and waist-to-hip ratio are shown to predict mortality in multivariate models. The predictors show moderate discrimination of obesity, alcohol consumption, and HDL cholesterol. There is excellent discrimination of current smoking status, poorer discrimination of college-educated individuals and those with high total cholesterol, LDL with remnant cholesterol, and total:HDL cholesterol ratios. DNAm predictors correlate with lifestyle factors that are associated with health and mortality. They may supplement DNAm-based predictors of age to identify the lifestyle profiles of individuals and predict disease risk.

Abstract Protein biomarkers have been identified across many age-related morbidities. However, characterising epigenetic influences could further inform disease predictions. Here, we leverage epigenome-wide data to study links between the DNAm signatures of the circulating proteome and incident diseases. Using data from four cohorts, we trained and tested epigenetic scores (EpiScores) for 953 plasma proteins, identifying 109 scores that explained between 1% and 58% of the variance in protein levels after adjusting for known protein quantitative trait loci (pQTL) genetic effects. By projecting these EpiScores into an independent sample, (Generation Scotland; n=9,537) and relating them to incident morbidities over a follow-up of 14 years, we uncovered 137 EpiScore – disease associations. These associations were largely independent of immune cell proportions, common lifestyle and health factors and biological aging. Notably, we found that our diabetes-associated EpiScores highlighted previous top biomarker associations from proteome-wide assessments of diabetes. These EpiScores for protein levels can therefore be a valuable resource for disease prediction and risk stratification.

Individuals of the same chronological age display different rates of biological ageing. A number of measures of biological age have been proposed which harness age-related changes in DNA methylation profiles. These include methylation-based predictors of chronological age (HorvathAge, HannumAge), all-cause mortality (DNAm PhenoAge, DNAm GrimAge) and telomere length (DNAm Telomere Length). In this study, we test the association between these epigenetic markers of ageing and the prevalence and incidence of the leading causes of disease burden and mortality in high-income countries. Furthermore, we test the clocks′ relationships with phenotypic measures associated with these conditions, including spirometric and biochemical traits. We carry out these analyses in 9,537 individuals from the Generation Scotland: Scottish Family Health Study. We find that DNAm GrimAge outperforms other epigenetic clocks in its associations with self-report disease prevalence and related clinical traits. DNAm GrimAge associates with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) prevalence (Odds Ratio = 3.29, P = 3.0 x 10-4) and pulmonary spirometry tests (β = [-0.10 to -0.15], P = [1.4 x 10-4 to 1.4 x 10-6]) at study baseline after adjusting for possibly confounding risk factors including alcohol, body mass index, deprivation, education and smoking. After adjusting for these confounding risk factors, DNAm GrimAge, DNAm PhenoAge and DNAm Telomere Length, measured at study baseline, predict incidence of ICD-10-coded disease states including COPD, type 2 diabetes and cardiovascular disease after thirteen years of follow-up (Hazard Ratios = [0.80 (telomere length) to 2.19 (GrimAge)], P = [9.9 x 10-4, 1.9 x 10-14]). Our data show that despite accounting for several possible confounding variables, epigenetic markers of ageing predict incidence of common disease. This may have significant implications for their potential utility in clinical settings to complement gold-standard methods of clinical assessment and management.

Individuals of the same chronological age exhibit disparate rates of biological ageing. Consequently, a number of methodologies have been proposed to determine biological age and primarily exploit variation at the level of DNA methylation (DNAm) − a commonly studied epigenetic mechanism. A novel epigenetic clock, termed DNAm GrimAge has outperformed its predecessors in predicting the risk of mortality as well as a number of age-related morbidities. However, the association between DNAm GrimAge and cognitive or neuroimaging phenotypes remains unknown. We explore these associations in the Lothian Birth Cohort 1936 (n=709, mean age 73 years). Higher DNAm GrimAge was strongly associated with all-cause mortality over twelve years of follow-up (Hazard Ratio per standard deviation increase in GrimAge: 1.81, P < 2.0 x 10-16). Higher DNAm GrimAge was associated with lower age 11 IQ (β=-0.11), lower age 73 general cognitive ability (β=-0.18), decreased brain volume (β=-0.25) and increased brain white matter hyperintensities (β=0.17). Sixty-eight of 137 health- and brain-related phenotypes tested were significantly associated with DNAm GrimAge. Adjusting all models for childhood cognitive ability attenuated to non-significance a small number of associations (12/68 associations; 6 of which were cognitive traits), but not the association with general cognitive ability (33.9% attenuation). Higher DNAm GrimAge cross-sectionally associates with lower cognitive ability and brain vascular lesions in older age, independently of early life cognitive ability. Thus, this epigenetic predictor of mortality is also associated with multiple different measures of brain health and may aid in the prediction of age-related cognitive decline.

Background: Genome-wide DNA methylation (DNAm) profiling has allowed for the development of molecular predictors for a multitude of traits and diseases. Such predictors may be more accurate than the self-reported phenotypes, and could have clinical applications. Here, penalised regression models were used to develop DNAm predictors for body mass index (BMI), smoking status, alcohol consumption, and educational attainment in a cohort of 5,100 individuals. Using an independent test cohort comprising 906 individuals, the proportion of phenotypic variance explained in each trait was examined for DNAm-based and genetic predictors. Receiver operator characteristic curves were generated to investigate the predictive performance of DNAm-based predictors, using dichotomised phenotypes. The relationship between DNAm scores and all-cause mortality (n = 214 events) was assessed via Cox proportional-hazards models. Results: The DNAm-based predictors explained different proportions of the phenotypic variance for BMI (12%), smoking (60%), alcohol consumption (12%) and education (3%). The combined genetic and DNAm predictors explained 20% of the variance in BMI, 61% in smoking, 13% in alcohol consumption, and 6% in education. DNAm predictors for smoking, alcohol, and education but not BMI predicted mortality in univariate models. The predictors showed moderate discrimination of obesity (AUC=0.67) and alcohol consumption (AUC=0.75), and excellent discrimination of current smoking status (AUC=0.98). There was poorer discrimination of college-educated individuals (AUC=0.59). Conclusions: DNAm predictors correlate with lifestyle factors that are associated with health and mortality. They may supplement DNAm-based predictors of age to identify the lifestyle profiles of individuals and predict disease risk.

INTRODUCTION: The 'epigenetic clock' is a DNA methylation based estimate of biological age and is correlated with chronological age: the greatest risk factor for Alzheimer's disease (AD). Genetic and environmental risk factors exist for AD, several of which are potentially modifiable. Here, we assess the relationship associations between the epigenetic clock and AD risk factors. METHODS: Linear mixed modelling was used to assess the relationship between age acceleration (the residual of biological age regressed onto chronological age) and AD risk factors relating to cognitive reserve, lifestyle, disease, and genetics in the Generation Scotland study (n=5,100). RESULTS: We report significant associations between the epigenetic clock and BMI, total:HDL cholesterol ratios, socioeconomic status, and smoking behaviour (Bonferroni adjusted P<0.05). DISCUSSION: Associations are present between environmental risk factors for AD and age acceleration. Measures to modify such risk factors might improve the risk profile for AD and the rate of biological ageing. Future longitudinal analyses are therefore warranted.

One of the key knowledge gaps blocking development of effective therapeutics for Alzheimer's disease (AD) is the lack of understanding of how amyloid beta (Aβ) and tau cooperate in causing disease phenotypes. Within a mouse tau deficient background, we probed the molecular, cellular and behavioural disruption triggered by wild-type human tau's influence on human Aβ-induced pathology. We find that Aβ and tau work cooperatively to cause a hyperactivity phenotype and to cause downregulation of gene transcription including many involved in synaptic function. In both our mouse model and in human post-mortem tissue, we observe accumulation of pathological tau in synapses, supporting the potential importance of synaptic tau. Importantly, tau depletion in the mice, initiated after behavioural deficits emerge, was found to correct behavioural deficits, reduce synaptic tau levels, and substantially reverse transcriptional perturbations, suggesting that lowering tau levels, particularly at the synapse, may be beneficial in AD.

BACKGROUND: Epigenetic age acceleration (an older methylation age compared to chronological age) correlates strongly with various age-related morbidities and mortality. Chronic systemic inflammation is thought to be a hallmark of ageing but the relationship between an increased epigenetic age and this likely key phenotype of ageing has not yet been extensively investigated. METHODS: We modelled the trajectories of the inflammatory biomarkers C-reactive protein (CRP; measured using both a high- and low-sensitivity assay), and interleukin-6 (IL-6) over the 8th decade in the Lothian Birth Cohort 1936. We additionally investigated the association between CRP and imputed leukocyte counts. Using linear mixed models we examined the cross-sectional and longitudinal association between the inflammatory biomarkers and two measures of epigenetic age acceleration, derived from the Horvath and Hannum epigenetic clocks. RESULTS: Low-sensitivity CRP declined, high-sensitivity CRP did not change, and IL-6 increased over time. CRP levels inversely associated with total counts of CD8+T cells and CD4+T cells, and positively associated with senescent CD8+T cells, plasmablasts and granulocytes. Cross-sectionally, the Hannum, but not the Horvath, measure of age acceleration was positively associated with low-sensitivity CRP, high-sensitivity CRP, IL-6 and a restricted measure of CRP (≤10mg/L) likely reflecting levels relevant to chronic inflammation. CONCLUSIONS: We found a divergent relationship between inflammation and immune system parameters in older age. We additionally report the Hannum measure of epigenetic age acceleration associated with an elevated inflammatory profile cross-sectionally, but not longitudinally.

Results from large cohort studies investigating the association between inflammation and cognition have been mixed, possibly due to methodological disparities. However, a key issue in research utilising inflammatory biomarkers is their typically phasic responses. C-reactive protein (CRP) is widely used to investigate the association between chronic inflammation and cognition, but its plasma concentrations can markedly deviate in response to acute infection. Recently a large-scale epigenome-wide association study identified DNA methylation correlates of CRP. DNA methylation is thought to be relatively stable in the short term, marking it as a potentially useful signature of exposure. Here, we generate an epigenetic CRP score and investigate its trajectories with age, and associations with cognitive ability, in comparison to serum CRP in two cohorts: a longitudinal study of older adults (the Lothian Birth Cohort 1936, n=889) and a large, cross-sectional cohort (Generation Scotland, n=7,028). We identified differing trajectories of serum CRP across the cohorts, with no homogeneous trends seen with age. Conversely, the epigenetic score was consistently found to increase with age, and to do so more rapidly in males compared to females. Higher levels of serum CRP were found to associate with poorer cognition in Lothian Birth Cohort 1936, but not in Generation Scotland. However, a consistent negative association was identified between cognition and the epigenetic score in both cohorts. Furthermore, the epigenetic score accounted for a greater proportion of variance in cognitive ability. Our results suggest that epigenetic signatures of acute inflammatory markers may provide an enhanced signature of chronic inflammation, allowing for more reliable stratification of individuals, and thus clearer inference of associations with incident health outcomes.

Abstract Aims Efficient synaptic communication is crucial to maintain healthy behavioural and cognitive processes. Individuals affected by schizophrenia present behavioural symptoms and alterations in decision-making, suggesting altered synaptic integrity as the support of the illness. It is currently unknown how this synaptic change is mediated in schizophrenia, but microglia have been proposed to act as the culprit, actively removing synapses pathologically. Here, we aimed to explore the interaction between microglia and synaptic uptake in human post-mortem tissue. Methods We assessed microglial activation and synaptic internalisation by microglia in a post-mortem human tissue of 10 control and 10 schizophrenia cases. Immunohistochemistry was performed to identify microglia (Iba1 and CD68) and the presynaptic terminals (synapsin I). Results We found no difference in microglial expression, nor a difference in pre-synaptic protein level phagocyted by microglia between the two groups. Conclusions Our findings are consistent with the brain imaging studies in schizophrenia implying that microglia play a role mainly during the early phases of the disease, by example in active synapse remodelling, which is not detected in the chronic stage of the illness.