Abstract In humans, females live longer than males but experience a worse longevity, as genome-wide autosomal DNA methylation differences between males and females have been reported. So far, few studies have investigated if DNA methylation is differently affected by aging in males and females. We performed a meta-analysis of 4 large whole blood datasets, comparing 4 aspects of epigenetic age-dependent remodeling between the two sexes: differential methylation, variability, epimutations and entropy. We reported that a large fraction (43%) of sex-associated probes undergoes age-associated DNA methylation changes, and that a limited number of probes shows age-by-sex interaction. We experimentally validated 2 regions mapping in FIGN and PRR4 genes, and showed sex-specific deviations of their methylation patterns in models of decelerated (centenarians) and accelerated (Down syndrome) aging. While we did not find sex differences in the age-associated increase in epimutations and in entropy, we showed that the number of probes showing age-related increase in methylation variability is 15 times higher in males compared to females. Our results can offer new epigenetic tools to study the interaction between aging and sex and can pave the way to the identification of molecular triggers of sex differences in longevity and age-related diseases prevalence.

Down syndrome (DS) is a segmental progeroid genetic disorder associated to multi-systemic precocious ageing phenotypes, which are particularly evident at the immune and nervous systems. Accordingly, people with DS show an increased biological age as measured by epigenetic clocks. Ts65Dn trisomic mouse, which harbors extra-numerary copies of Hsa21-syntenic regions, was shown to recapitulate several progeroid features of DS, but no biomarkers of age have been applied to it so far. Here we used a mouse specific epigenetic clock to measure epigenetic age of hippocampi from Ts65Dn and euploid mice at 20 weeks. Ts65Dn mice showed an increased hippocampal epigenetic age respect to controls, and the observed changes in DNA methylation partially recapitulated those observed in hippocampi from people with DS. Collectively, our results support the use of the Ts65Dn model to decipher the molecular mechanisms underlying the progeroid DS phenotypes.

Background: Neuronal loss is a major pathological feature of neurodegenerative diseases. The analysis of plasma cell-free DNA (cfDNA) is an emerging approach to track cell death events in a minimally invasive way and from inaccessible areas of the body, such as the brain. Previous studies showed that DNA methylation (DNAm) profiles can be used to map the tissue of origin of cfDNA and to identify molecules released from the brain upon cell death. The aim of the present study is to contribute to this research field, presenting the development and validation of an assay for the detection of brain-derived cfDNA (bcfDNA). Methods: To identify CpG sites with brain-specific DNAm, we compared brain and non-brain tissues for their chromatin state profiles and genome-wide DNAm data, available in public datasets. The selected target genomic regions were experimentally validated by bisulfite sequencing on DNA extracted from 44 different autoptic tissues, including multiple brain regions. Sequencing data were analysed to identify brain-specific epihaplotypes. The developed assay was tested in plasma cfDNA from patients with immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome (ICANS) following chimeric antigen receptor T (CAR-T) therapy. Results: We validated five genomic regions with brain-specific DNAm (four hypomethylated and one hypermethylated in the brain). DNAm analysis of the selected genomic regions in plasma samples from CAR-T patients revealed higher levels of bcfDNA in participants with ongoing neurotoxicity syndrome. Conclusions: We developed an assay for the analysis of bcfDNA in plasma. The assay is a promising tool for the early detection of neuronal loss in neurodegenerative diseases.