Abstract The idea that information can be transmitted to subsequent generation(s) by epigenetic means has been studied for decades but remains controversial in humans. Epidemiological studies have established that grandparental exposures are associated with health outcomes in their grandchildren, often with sex-specific effects; however the mechanism of transmission is still unclear. We conducted Epigenome Wide Association Studies (EWAS) to test whether grandmaternal smoking during pregnancy is associated with altered DNA methylation (DNAm) in their adolescent grandchildren. We used data from a birth cohort, with discovery and replication datasets of 1225 and 708 individuals (respectively), aged 15-17 years, and tested replication in the same individuals at birth and 7 years. We show for the first time that DNAm at a small number of loci is associated with grandmaternal smoking in humans, and their locations in the genome suggest hypotheses of transmission. We observe and replicate sex-specific associations at two sites on the X chromosome, one located in an imprinting control region and both within transcription factor binding sites (TFBSs). In fact, we observe enrichment for TFBSs among the CpG sites with the strongest associations, suggesting that TFBSs may be a mechanism by which grandmaternal exposures influence offspring DNA methylation. There is limited evidence that these associations appear at earlier timepoints, so effects are not static throughout development. The implication of this work is that effects of smoking during pregnancy may induce DNAm changes in later generations and that these changes are often sex-specific, in line with observational associations.

Importance Epigenetic age acceleration is associated with exposure to social and economic adversity and may increase the risk of premature morbidity and mortality. However, no studies have included measures of structural racism, and few have compared estimates within or across the first and second generation of epigenetic clocks. Objective To determine whether epigenetic age acceleration is positively associated with exposures to diverse measures of racialized, economic, and environmental injustice measured at different levels and time periods. Design, Setting, and Participants This cross-sectional study used data from the My Body My Story (MBMS) study between August 8, 2008, and December 31, 2010, and examination 5 of the Multi-Ethnic Atherosclerosis Study (MESA) from April 1, 2010, to February 29, 2012. In the MBMS, DNA extraction was performed in 2021; linkage of structural measures to the MBMS and MESA, in 2022. US-born individuals were randomly selected from 4 community health centers in Boston, Massachusetts (MBMS), and 4 field sites in Baltimore, Maryland; Forsyth County, North Carolina; New York City, New York; and St Paul, Minnesota (MESA). Data were analyzed from November 13, 2021, to August 31, 2023. Main Outcomes and Measures Ten epigenetic clocks (6 first-generation and 4 second-generation), computed using DNA methylation data (DNAm) from blood spots (MBMS) and purified monocytes (MESA). Results The US-born study population included 293 MBMS participants (109 men [37.2%], 184 women [62.8%]; mean [SD] age, 49.0 [8.0] years) with 224 Black non-Hispanic and 69 White non-Hispanic participants and 975 MESA participants (492 men [50.5%], 483 women [49.5%]; mean [SD] age, 70.0 [9.3] years) with 229 Black non-Hispanic, 191 Hispanic, and 555 White non-Hispanic participants. Of these, 140 (11.0%) exhibited accelerated aging for all 5 clocks whose estimates are interpretable on the age (years) scale. Among Black non-Hispanic MBMS participants, epigenetic age acceleration was associated with being born in a Jim Crow state by 0.14 (95% CI, 0.003-0.27) SDs and with birth state conservatism by 0.06 (95% CI, 0.01-0.12) SDs, pooling across all clocks. Low parental educational level was associated with epigenetic age acceleration, pooling across all clocks, for both Black non-Hispanic (0.24 [95% CI, 0.08-0.39] SDs) and White non-Hispanic (0.27 [95% CI, 0.03-0.51] SDs) MBMS participants. Adult impoverishment was positively associated with the pooled second-generation clocks among the MESA participants (Black non-Hispanic, 0.06 [95% CI, 0.01-0.12] SDs; Hispanic, 0.07 [95% CI, 0.01-0.14] SDs; White non-Hispanic, 0.05 [95% CI, 0.01-0.08] SDs). Conclusions and Relevance The findings of this cross-sectional study of MBMS and MESA participants suggest that epigenetic age acceleration was associated with racialized and economic injustice, potentially contributing to well-documented inequities in premature mortality. Future research should test the hypothesis that epigenetic accelerated aging may be one of the biological mechanisms underlying the well-documented elevated risk of premature morbidity and mortality among social groups subjected to racialized and economic injustice.

Abstract Background DNA methylation (DNAm) is an epigenetic mark that can be used to understand interindividual variability in genomic regulation, and it is influenced by many genetic and environmental factors. Co-methylation between DNAm sites is a known phenomenon but the full architecture of relationships between the approximately 450,000 (450k) sites most commonly measured in epidemiological studies has not been described. We investigate whether the cis and trans interindividual co-methylation structure amongst the 450k sites changes across the lifecourse, whether it differs between UK-born White and Pakistani individuals, and how it may be related to genome regulation. Results We find stability across the life course (birth to adolescence), across cohorts, and between two ethnic groups. Highly correlated DNAm sites in close proximity are highly heritable, influenced by nearby genetic variants ( cis mQTLs), and are enriched for transcription factor (TF) binding sites related to regulation of short RNAs essential for cellular function transcribed by RNA polymerase III. Highly correlated sites that are either distant, or on different chromosomes, are driven by both common and unique environmental factors, and methylation at these sites is less likely to be driven by genotype. They are enriched for a multitude of TF binding sites and for inter-chromosomal chromatin contact sites, suggesting that DNA co-methylation of distant sites may be related to long-range cooperative TF interactions. Conclusions We conclude that DNA co-methylation, especially in cis , has a stable structure from birth to adolescence and between white British and Pakistani individuals. We hypothesise that co-methylation may have roles in genome regulation in humans, including 3D chromatin architecture. The stable structure we have identified might have implications for the future design and interpretation of epigenetic studies.

Abstract Background DNA methylation (DNAm) is commonly assayed using the Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip, but there is currently little published evidence to define the lower limits of the amount of DNA that can be used whilst preserving data quality. Such evidence is valuable for analyses utilising precious or limited DNA sources. Materials and methods We use a single pooled sample of DNA in quadruplicate at three dilutions to define replicability and noise, and an independent population dataset of 328 individuals (from a community-based study including US-born non-Hispanic Black and white persons) to assess the impact of total DNA input on the quality of data generated using the Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip. Results Data are less reliable and more noisy as DNA input decreases to 40ng, with clear reductions in data quality; however samples with a total input as low as 40ng pass standard quality control tests, and we observe little evidence that low input DNA obscures the associations between DNAm and two phenotypes, age and smoking status. Conclusions DNA input as low as 40ng can be used with the Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip, provided quality checks and sensitivity analyses are undertaken.

Objective: Psoriasis and eczema are common inflammatory skin diseases that have been reported to be associated with obesity. However, causality has not yet been established. We aimed to investigate the possible causal relationship between body mass index (BMI) and psoriasis or eczema. Methods: Following a review of published epidemiological evidence of the association between obesity and either psoriasis or eczema, Mendelian Randomization (MR) was used to test for a causal relationship between BMI and these inflammatory skin conditions. We used a genetic instrument comprising 97 single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with BMI. One-sample MR was conducted using individual-level data (401,508 individuals) from the UK Biobank and the Nord-Trøndelag Health Study (HUNT), Norway. Two-sample MR was performed with summary-level data (731,021 individuals) from published BMI, psoriasis and eczema GWAS. The one-sample and two-sample MR estimates were meta-analysed using a fixed effect model. To explore the reverse causal direction, MR analysis with genetic instruments comprising variants from recent genome-wide analyses for psoriasis and eczema were used to test if inflammatory skin disease has a causal effect on BMI. Results: Published observational data show an association of greater BMI with both psoriasis and eczema case status. The observational associations were confirmed in UK Biobank and HUNT datasets. MR analyses provide evidence that higher BMI causally increases the odds of psoriasis (by 53% per 5 units higher BMI; OR= 1.09 (1.06 to 1.12) per 1 kg/m2; P=4.67x10-9) and eczema (by 8% per 5 units higher BMI; OR=1.02 (1.00 to 1.03) per 1 kg/m2; P=0.09). When investigating causality in the opposite direction, MR estimates provide little evidence for an effect of either psoriasis or eczema influencing BMI. Conclusion: Our study, using genetic variants as instrumental variables for BMI, shows that higher BMI leads to a higher risk of inflammatory skin disease. The causal relationship was stronger for psoriasis than eczema. Therapies and life-style interventions aimed at controlling BMI or targeting the mechanisms linking obesity with skin inflammation may offer an opportunity for the prevention or treatment of these common skin diseases.

Importance: DNA methylation (DNAm) provides a plausible mechanism by which adverse exposures become embodied and contribute to health inequities, due to its role in genome regulation and responsiveness to social and biophysical exposures tied to societal context. However, scant epigenome-wide association studies (EWAS) have included structural and lifecourse measures of exposure, especially in relation to structural discrimination. Objective: Our study tests the hypothesis that DNAm is a mechanism by which racial discrimination, economic adversity, and air pollution become biologically embodied. Design: A series of cross-sectional EWAS, conducted in My Body My Story (MBMS, biological specimens collected 2008-2010, DNAm assayed in 2021); and the Multi Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA; biological specimens collected 2010-2012, DNAm assayed in 2012-2013); using new georeferenced social exposure data for both studies (generated in 2022). Setting: MBMS was recruited from four community health centers in Boston; MESA was recruited from four field sites in: Baltimore, MD; Forsyth County, NC; New York City, NY; and St. Paul, MN. Participants: Two population-based samples of US-born Black non-Hispanic (Black NH), white non-Hispanic (white NH), and Hispanic individuals (MBMS; n=224 Black NH and 69 white NH) and (MESA; n=229 Black NH, n=555 white NH and n=191 Hispanic). Exposures: Eight social exposures encompassing racial discrimination, economic adversity, and air pollution. Main outcome: Genome-wide changes in DNAm, as measured using the Illumina EPIC BeadChip (MBMS; using frozen blood spots) and Illumina 450k BeadChip (MESA; using purified monocytes). Our hypothesis was formulated after data collection. Results: We observed the strongest associations with traffic-related air pollution (measured via black carbon and nitrogen oxides exposure), with evidence from both studies suggesting that air pollution exposure may induce epigenetic changes related to inflammatory processes. We also found suggestive associations of DNAm variation with measures of structural racial discrimination (e.g., for Black NH participants, born in a Jim Crow state; adult exposure to racialized economic residential segregation) situated in genes with plausible links to effects on health. Conclusions and Relevance: Overall, this work suggests that DNAm is a biological mechanism through which structural racism and air pollution become embodied and may lead to health inequities.

Abstract Rationale Experimental studies suggest that exposures may impact respiratory health across generations via epigenetic changes transmitted specifically through male germ cells. Studies in humans are however limited. We aim to identify epigenetic marks in offspring associated with father’s preconception smoking. Methods We conducted epigenome-wide association studies (EWAS) in the RHINESSA cohort on father’s any preconception smoking (N=875 offspring) and father’s pubertal onset smoking <15 years (N=304), using Infinium MethylationEPIC Beadchip arrays, adjusting for offspring age, maternal smoking and personal smoking. EWAS of maternal and offspring personal smoking were performed for replication. Results Father’s smoking commencing preconception was associated with methylation of blood DNA in offspring at two Cytosine-phosphate-Guanine sites (CpGs) (False Discovery Rate (FDR) <0.05) in PRR5 and CENPP . Father’s pubertal onset smoking was associated with 19 CpGs (FDR <0.05) mapped to 14 genes ( TLR9, DNTT, FAM53B, NCAPG2, PSTPIP2, MBIP, C2orf39, NTRK2, DNAJC14, CDO1, PRAP1, TPCN1, IRS1 and CSF1R ). These differentially methylated sites were hypermethylated and associated with promoter regions capable of gene silencing. Some of these sites were associated with offspring outcomes in this cohort including ever-asthma (NTRK2), ever-wheezing (DNAJC14, TPCN1), weight (FAM53B, NTRK2) and BMI (FAM53B, NTRK2) (P< 0.05). Pathway analysis showed enrichment for gene ontology pathways including regulation of gene expression, inflammation and innate immune responses. Conclusion Father’s preconception smoking, particularly in puberty, is associated with offspring DNA methylation, providing evidence that epigenetic mechanisms may underly epidemiological observations that pubertal paternal smoking increases risk of offspring asthma, low lung function and obesity.