ABSTRACT MicroRNAs are non-coding RNAs that regulate gene expression post-transcriptionally. In the placenta, the master regulator of fetal growth and development, microRNAs shape the basic processes of trophoblast biology and specific microRNA have been associated with fetal growth. To comprehensively assess the role of microRNAs in placental function and fetal development, we have performed small RNA sequencing to profile placental microRNAs from two independent mother-infant cohorts: the Rhode Island Child Health Study (n=225) and the New Hampshire Birth Cohort Study (n=317). We modeled microRNA counts on infant birthweight percentile (BWP) in each cohort, while accounting for race, sex, parity and technical factors, using negative binomial generalized linear models. We identified microRNAs that were differentially expressed (DEmiRs) with BWP at false discovery rate (FDR) less than 0.05 in both cohorts. hsa-miR-532-5p (miR-532) was positively associated with BWP in both cohorts. By integrating parallel whole transcriptome and small RNA sequencing in the RICHS cohort, we identified putative targets of miR-532. These targets are enriched for pathways involved in adipogenesis, adipocytokine signaling, energy metabolism and hypoxia response, and included Leptin, which we further demonstrated to have decreasing expression with increasing BWP, particularly in male infants. Overall, we have shown a robust and reproducible association of miR-532 with BWP, which could influence BWP through regulation of adipocytokines Leptin and Adiponectin.

Maternal smoking during pregnancy (MSDP) contributes to poor birth outcomes, in part through disrupted placental functions, which may be reflected in the placental epigenome. We meta-analyzed the associations between MSDP and placental DNA methylation (DNAm) and between DNAm and birth outcomes within the Pregnancy And Childhood Epigenetics (PACE) consortium (7 studies, N=1700, 344 with any MSDP). We identified 1224 CpGs that were associated with MSDP, of which 341 associated with birth outcomes and 141 associated with gene expression. Only 6 of these CpGs were consistent with the findings from a prior meta-analysis of cord blood DNAm, demonstrating substantial tissue-specific responses to MSDP. The placental MSDP associated CpGs were enriched for growth-factor signaling, hormone activity, inflammation, and vascularization, which play important roles in placental function. We demonstrate links between placental DNAm, MSDP and poor birth outcomes, which may better inform the mechanisms through which MSDP impacts placental function and fetal growth.

Objectives: Circadian disruption from environmental and occupational exposures can potentially impact health, including offspring health, through epigenetic alterations. Night shift workers experience circadian disruption, but little is known about how this exposure could influence the epigenome of the placenta, which is situated at the maternal-fetal interface. To investigate whether night shift work is associated with variations in DNA methylation patterns of placental tissue, we conducted an epigenome-wide association study (EWAS) of night shift work. Methods: CpG specific methylation genome-wide of placental tissue (measured with the Illumina 450K array) from participants (n=237) in the Rhode Island Child Health Study (RICHS) who did (n=53) and did not (n=184) report working the night shift was compared using robust linear modeling, adjusting for maternal age, pre-pregnancy smoking, infant sex, maternal adversity, and putative cell mixture. Results: Night shift work was associated with differential methylation in placental tissue, including CpG sites in the genes NAV1, SMPD1, TAPBP, CLEC16A, DIP2C, FAM172A, and PLEKHG6 (Bonferroni-adjusted p<0.05). CpG sites within NAV1, MXRA8, GABRG1, PRDM16, WNT5A, and FOXG1 exhibited the most hypomethylation, while CpG sites within TDO2, ADAMTSL3, DLX2, and SERPINA1 exhibited the most hypermethylation (BH q<0.10). PER1 was the only core circadian gene demonstrating differential methylation. Functional analysis indicated GO-terms associated with cell-cell adhesion. Conclusions: Night shift work was associated with differential methylation of the placenta, which may have implications for fetal health and development. Additionally, neuron navigator 1 (NAV1) may play a role in the development of the human circadian system.

Abstract In the United States, cardiovascular disease is the leading cause of death, and the rate of maternal mortality remains among the highest of any industrialized nation. Maternal cardiometabolic health throughout gestation and postpartum is representative of placental health and physiology. Both proper placental functionality and placental microRNA expression are essential to successful pregnancy outcomes, and both are highly sensitive to genetic and environmental sources of variation. While placental pathologies, such as preeclampsia, are associated with maternal cardiovascular health and may contribute to the developmental programming of cardiovascular disease, the role of more subtle alterations to placental function and microRNA expression in this relationship remains poorly understood. To develop a more comprehensive understanding of how cardiometabolic health influences placental microRNA expression, and how this shapes placental functionality, we performed small RNA sequencing to investigate microRNA in the placentae from the Rhode Island Child Health Study (n=230). We modeled microRNA counts on maternal family history of cardiovascular disease using negative binomial generalized linear models, and identified microRNAs that were differential expressed (DEmiRs) at a false discovery rate (FDR) less than 0.10. Utilizing parallel mRNA sequencing data and bioinformatic target prediction software, we identified potential mRNA targets of these DEmiRs. We identified 9 DEmiRs, with predicted targets of those miRNA enriched overwhelmingly in the TGFβ signaling pathway but also in pathways involving cellular metabolism and immunomodulation. Overall, we identified a robust association existing between familial cardiovascular disease and placental microRNA expression which may be implicated in both placental insufficiencies and the developmental programming of cardiovascular disease.