DNA methylation is the most studied epigenetic mark and CpG methylation is central to many biological processes and human diseases. Since cancer has highlighted the contribution to disease of aberrant DNA methylation patterns, such as the presence of promoter CpG island hypermethylation-associated silencing of tumor suppressor genes and global DNA hypomethylation defects, their importance will surely become apparent in other pathologies. However, advances in obtaining comprehensive DNA methylomes are hampered by the high cost and time-consuming aspects of the single nucleotide methods currently available for whole genome DNA methylation analyses. Following the success of the standard CpG methylation microarrays for 1,505 CpG sites and 27,000 CpG sites, we have validated in vivo the newly developed 450,000 (450K) cytosine microarray (Illumina). The 450K microarray includes CpG and CNG sites, CpG islands/shores/shelves/open sea, non-coding RNA (microRNAs and long non-coding RNAs) and sites surrounding the transcription start sites (-200 bp to -1,500 bp, 5'-UTRs and exons 1) for coding genes, but also for the corresponding gene bodies and 3'-UTRs, in addition to intergenic regions derived from GWAS studies. Herein, we demonstrate that the 450K DNA methylation array can consistently and significantly detect CpG methylation changes in the HCT-116 colorectal cancer cell line in comparison with normal colon mucosa or HCT-116 cells with defective DNA methyltransferases (DKO). The provided validation highlights the potential use of the 450K DNA methylation microarray as a useful tool for ongoing and newly designed epigenome projects.

The efficiency of remyelination decreases with age, but the molecular mechanisms responsible for this decline remain only partially understood. In this study, we show that remyelination is regulated by age-dependent epigenetic control of gene expression. In demyelinated young brains, new myelin synthesis is preceded by downregulation of oligodendrocyte differentiation inhibitors and neural stem cell markers, and this is associated with recruitment of histone deacetylases (HDACs) to promoter regions. In demyelinated old brains, HDAC recruitment is inefficient, and this allows the accumulation of transcriptional inhibitors and prevents the subsequent surge in myelin gene expression. Defective remyelination can be recapitulated in vivo in mice receiving systemic administration of pharmacological HDAC inhibitors during cuprizone treatment and is consistent with in vitro results showing defective differentiation of oligodendrocyte progenitors after silencing specific HDAC isoforms. Thus, we suggest that inefficient epigenetic modulation of the oligodendrocyte differentiation program contributes to the age-dependent decline in remyelination efficiency.

DNA methylation patterns are important for establishing cell, tissue, and organism phenotypes, but little is known about their contribution to natural human variation. To determine their contribution to variability, we have generated genome-scale DNA methylation profiles of three human populations (Caucasian-American, African-American, and Han Chinese-American) and examined the differentially methylated CpG sites. The distinctly methylated genes identified suggest an influence of DNA methylation on phenotype differences, such as susceptibility to certain diseases and pathogens, and response to drugs and environmental agents. DNA methylation differences can be partially traced back to genetic variation, suggesting that differentially methylated CpG sites serve as evolutionarily established mediators between the genetic code and phenotypic variability. Notably, one-third of the DNA methylation differences were not associated with any genetic variation, suggesting that variation in population-specific sites takes place at the genetic and epigenetic levels, highlighting the contribution of epigenetic modification to natural human variation.

Non-small-cell lung cancer (NSCLC) is a tumor in which only small improvements in clinical outcome have been achieved. The issue is critical for stage I patients for whom there are no available biomarkers that indicate which high-risk patients should receive adjuvant chemotherapy. We aimed to find DNA methylation markers that could be helpful in this regard.A DNA methylation microarray that analyzes 450,000 CpG sites was used to study tumoral DNA obtained from 444 patients with NSCLC that included 237 stage I tumors. The prognostic DNA methylation markers were validated by a single-methylation pyrosequencing assay in an independent cohort of 143 patients with stage I NSCLC.Unsupervised clustering of the 10,000 most variable DNA methylation sites in the discovery cohort identified patients with high-risk stage I NSCLC who had shorter relapse-free survival (RFS; hazard ratio [HR], 2.35; 95% CI, 1.29 to 4.28; P = .004). The study in the validation cohort of the significant methylated sites from the discovery cohort found that hypermethylation of five genes was significantly associated with shorter RFS in stage I NSCLC: HIST1H4F, PCDHGB6, NPBWR1, ALX1, and HOXA9. A signature based on the number of hypermethylated events distinguished patients with high- and low-risk stage I NSCLC (HR, 3.24; 95% CI, 1.61 to 6.54; P = .001).The DNA methylation signature of NSCLC affects the outcome of stage I patients, and it can be practically determined by user-friendly polymerase chain reaction assays. The analysis of the best DNA methylation biomarkers improved prognostic accuracy beyond standard staging.

Cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) is the second most common skin cancer. Although most cSCCs have good prognosis, a subgroup of high-risk cSCC has a higher frequency of recurrence and mortality. Therefore, the identification of molecular risk factors associated with this aggressive subtype is of major interest. In this work we carried out a global-scale approach to investigate the DNA-methylation profile in patients at different stages, from premalignant actinic keratosis to low-risk invasive and high-risk non-metastatic and metastatic cSCC. The results showed massive non-sequential changes in DNA-methylome and identified a minimal methylation signature that discriminates between stages. Importantly, a direct comparison of low-risk and high-risk stages revealed epigenetic traits characteristic of high-risk tumours. Finally, a prognostic prediction model in cSCC patients identified a methylation signature able to predict the overall survival of patients. Thus, the analysis of DNA-methylation in cSCC revealed changes during the evolution of the disease through the different stages that can be of great value not only in the diagnosis but also in the prognosis of the disease.

Abstract Background Several studies have suggested secreted frizzled-related protein 2 ( SFRP2 ) gene as a potential clinical biomarker in colorectal cancer (CRC). However, its diagnostic role remains unclear. In this study, we aimed to investigate the significance of SFRP2 methylation levels in a large cohort of biological specimens (including blood, adipose and colonic tissues) from patients with CRC, thereby potentially identifying new biomarker utility. Methods We examined the expression (by qPCR) and methylation status (by 450 K DNA array and DNA pyrosequencing) of the SFRP2 gene in healthy participants (N = 110, aged as 53.7 (14.2), 48/62 males/females) and patients with CRC (N = 85, aged 67.7 (10.5), 61/24 males/females), across different biological tissues, and assessing its potential as a biomarker for CRC. Additionally, we investigated the effect of recombinant human SFRP2 (rhSFRP2) as a therapeutic target, on cell proliferation, migration, and the expression of key genes related to carcinogenesis and the Wnt pathway. Results Our findings revealed that SFRP2 promoter methylation in whole blood could predict cancer stage (I + II vs. III + IV) (AUC = 0.653), lymph node invasion (AUC = 0.692), and CRC recurrence (AUC = 0.699) in patients with CRC (all with p < 0.05). Furthermore, we observed a global hypomethylation of SFRP2 in tumors compared to the adjacent area ( p < 0.001). This observation was validated in the TCGA-COAD and TCGA-READ cohorts, demonstrating overall hypermethylation (both with p < 0.001) and low expression ( p < 0.001), as shown in publicly available scRNA-Seq data. Notably, neoadjuvant-treated CRC patients exhibited lower SFRP2 methylation levels compared to untreated patients ( p < 0.05) and low promoter SFRP2 methylation in untreated patients was associated with poor overall survival ( p < 0.05), when compared to high methylation. Finally, treatment with 5 µg of rhSFRP2 treatment in CRC cells (HCT116 cells) inhibited cell proliferation ( p < 0.001) and migration ( p < 0.05), and downregulated the expression of AXIN2 ( p < 0.01), a gene involved in Wnt signaling pathway. Conclusions These findings establish promoter methylation of the SFRP2 gene as a prognostic candidate in CRC when assessed in blood, and as a therapeutic prognostic candidate in tumors, potentially valuable in clinical practice. SFRP2 also emerges as a therapeutic option, providing new clinical and therapeutical avenues.