Abstract Fetal sex-specific differences in placental morphology and physiology have been associated with sexually dimorphic health outcomes. However, the molecular mechanisms underlying these sex differences are not well understood. We performed whole genome bisulfite sequencing in 133 placenta samples and discovered a significant difference in DNA methylation (DNAm) at the ZNF300 gene locus between male and female offspring and replicated this result in 6 independent datasets. Additionally, the sex-specific pattern appears to be placenta-specific, is robust to a wide range of gestational ages and adverse health outcomes and is present in sorted placenta villous cytotrophoblast cells. Integration of DNAm, genetic, and placental morphology data from the same individuals revealed ZNF300 methylation is also associated with placenta area, perimeter, and max diameter, genetic variants on chromosomes 5 and X, and may mediate the effects of genetic variation on placental area.

Background: Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder with complex heritability and higher prevalence in males. Since the neonatal epigenome has the potential to reflect past interactions between genetic and environmental factors during early development, we performed whole-genome bisulfite sequencing of 152 umbilical cord blood samples from the MARBLES and EARLI high-familial risk prospective cohorts to identify an epigenomic signature of ASD at birth. Results: We identified differentially-methylated regions (DMRs) stratified by sex that discriminated ASD from control cord blood samples in discovery and replication sets. At a region level, 7 DMRs in males and 31 DMRs in females replicated across two independent groups of subjects, while 537 DMR genes in males and 1762 DMR genes in females replicated by gene association. These DMR genes were significantly enriched for brain and embryonic expression, X chromosome location, and identification in prior epigenetic studies of ASD in post-mortem brain. In males and females, autosomal ASD DMRs were significantly enriched for promoter and bivalent chromatin states across most cell types, while sex differences were observed for X-linked ASD DMRs. Lastly, these DMRs identified in cord blood were significantly enriched for binding sites of methyl-sensitive transcription factors relevant to fetal brain development. Conclusions: At birth, prior to the diagnosis of ASD, a distinct DNA methylation signature was detected in cord blood over regulatory regions and genes relevant to early fetal neurodevelopment. Differential cord methylation in ASD supports the developmental and sex-biased etiology of ASD, and provides novel insights for early diagnosis and therapy.

Background Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder that affects more than 1% of children in the United States. ASD risk is thought to arise from both genetic and environmental factors, with the perinatal period as a critical window. Understanding early transcriptional changes in ASD would assist in clarifying disease pathogenesis and identifying biomarkers. However, little is known about umbilical cord blood gene expression profiles in babies later diagnosed with ASD compared to non-typically developing and non-ASD (Non-TD) or typically developing (TD) children.Methods Genome-wide transcript levels were measured by Affymetrix Human Gene 2.0 array in RNA from cord blood samples from both the Markers of Autism Risk in Babies--Learning Early Signs (MARBLES) and the Early Autism Risk Longitudinal Investigation (EARLI) high-risk pregnancy cohorts that enroll younger siblings of a child previously diagnosed with ASD. Younger siblings were diagnosed based on assessments at 36 months, and 59 ASD, 92 Non-TD, and 120 TD subjects were included. Using both differential expression analysis and weighted gene correlation network analysis, gene expression between ASD and TD, and between Non-TD and TD, was compared within each study and via meta-analysis.Results While cord blood gene expression differences comparing either ASD or Non-TD to TD did not reach genome-wide significance, 172 genes were nominally differentially-expressed between ASD and TD cord blood (log2(fold change) > 0.1, p < 0.01). These genes were significantly enriched for functions in xenobiotic metabolism, chromatin regulation, and systemic lupus erythematosus (FDR q < 0.05). In contrast, 66 genes were differentially-expressed between Non-TD and TD, including 8 genes that were also differentially-expressed in ASD. Gene coexpression modules were significantly correlated with demographic factors and cell type proportions.Limitations ASD-associated gene expression differences identified in this study are subtle, as cord blood is not the main affected tissue, it is composed of many cell types, and ASD is a heterogeneous disorder.Conclusions This is the first study to identify gene expression differences in cord blood specific to ASD. The results of this meta-analysis across two prospective pregnancy cohorts support involvement of environmental, immune, and epigenetic mechanisms in ASD etiology.