Abstract Excess maternal fat intake and obesity increase offspring susceptibility to conditions such as chronic anxiety and substance abuse. We hypothesised that these susceptibilities are established through environmentally modulated DNA-methylation (5mC/5hmC) changes in regions of the genome that modulate mood and consumptive behaviours. We explored the effects of environmental factors on 5mC/5hmC levels within the GAL5.1 enhancer that controls anxiety-related behaviours and alcohol intake. We first observed that 5mC/5hmC levels within the GAL5.1 enhancer differed significantly in different parts of the brain. Moreover, we noted that early life stress had no significant effect of 5mC/5hmC levels within GAL5.1. By contrast, we identified that allowing access of pregnant mothers to high-fat diet (>60% calories from fat) had a significant effect on 5mC/5hmC levels within GAL5.1 in hypothalamus and amygdala of resulting male offspring. Cell transfection based studies using GAL5.1 reporter plasmids showed that 5mC has a significant repressive effect on GAL5.1 activity and its response to known stimuli such as EGR1 expression and PKC agonism. Intriguingly, CRISPR driven disruption of GAL5.1 from the mouse genome, although having negligible effects on metabolism, significantly decreased intake of high fat diet suggesting that GAL5.1, in addition to being epigenetically modulated by high-fat diet, also actively contributes to the consumption of high-fat diet suggesting its involvement in an environmentally-influenced regulatory-loop. Furthermore, considering that GAL5.1 also controls alcohol preference and anxiety these studies may provide a first glimpse into an epigenetically controlled mechanism that links maternal high-fat diet with transgenerational susceptibility to alcohol abuse and anxiety.

Background: Evolutionary hypotheses predict that male fetuses are more vulnerable to poor maternal conditions than females (Sex-biased Maternal Investment), but that the adaptive female fetus, with a more responsive hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, is put at later risk of glucocorticoid mediated disorders where there is a mismatch between fetal and postnatal environments (Predictive Adaptive Response). Self-report measures of prenatal and postnatal depression and maternal report of child anxious depressed symptoms at 2.5, 3.5 and 5.0 years were obtained from an extensive sample of first time mothers recruited from the general population (N = 794). Salivary NR3C1 1-F promoter methylation was assayed at 14 months in an intensive subsample (N = 176) stratified during pregnancy by psychosocial risk. Generalised structural equation models (SEM) were fitted and estimated by maximum likelihood to allow inclusion of participants from both intensive and extensive samples. Results: Postnatal depression was associated with NR3C1 methylation and with anxious-depressed symptoms in the daughters of mothers lacking the hypothesised protective effect of high prenatal depression (prenatal-postnatal depression interaction for methylation, p =.00001; for child symptoms, p = .011). In girls, NR3C1 methylation mediated the association between maternal depression and child anxious-depressed symptoms. The effects were greater in girls than boys, and the test of the sex differences in the effect of the prenatal-postnatal depression interaction on both outcomes gave χ2(2) = 5.95 (p=.051). Conclusions: This is the first study to show in humans that, as a result of sex-biased reproductive investment and fetal adaptation, epigenetic and early behavioural outcomes may arise through different mechanisms in males and females. Epigenetic effects at the NR3C1 promoter mediated mismatch between prenatal and postnatal maternal conditions and child anxious-depressed symptoms, specifically in females.

Excessive alcohol intake is associated with 5.9% of global deaths. However, this figure is especially acute in men such that 7.6% of deaths can be attributed to alcohol intake. Previous studies identified a significant interaction between genotypes of the galanin ( GAL) gene with anxiety and alcohol abuse in different male populations but were unable to define a mechanism. To address these issues the current study analysed the human UK Biobank cohort and identified a significant interaction (n=115,865; p =0.0007) between allelic variation (GG or CA genotypes) in the highly conserved human GAL5.1 enhancer, alcohol intake (AUDIT questionnaire scores) and anxiety in men that was consistent with these previous studies. Critically, disruption of GAL5.1 in mice using CRISPR genome editing significantly reduced GAL expression in the amygdala and hypothalamus whilst producing a corresponding reduction in ethanol intake in KO mice. Intriguingly, we also found evidence of reduced anxiety-like behaviour in male GAL5.1KO animals mirroring that seen in humans. Using bioinformatic analysis and co-transfection studies we further identified the EGR1 transcription factor, that is co expressed with GAL in amygdala and hypothalamus, as being important in the protein kinase C (PKC) supported activity of the GG genotype of GAL5.1 but less so in the CA genotype. Our unique study uses a novel combination of human association analysis, CRISPR genome editing in mice, animal behavioural analysis and cell culture studies to identify a highly conserved regulatory mechanism linking anxiety and alcohol intake that might contribute to increased susceptibility to anxiety and alcohol abuse in men.

Latina mothers, who have the highest fertility rate among all ethnic groups in the US, are often exposed to discrimination. The biological impacts of this discrimination are unknown. This study is the first to explore the relationship between discrimination and DNA methylation of stress regulatory genes in Latinas. Our sample was Latina women (n = 147) with a mean age of 27.6 years who were assessed at 24-32 weeks gestation (T1) and 4-6 weeks postpartum (T2) and reside in the U.S. Blood was collected at T1, and the Everyday Discrimination Scale (EDS) was administered at T1 and T2. DNA Methylation at candidate gene regions was determined by bisulphite pyrosequencing. Associations between EDS and DNA methylation were assessed via zero-inflated Poisson models, adjusting for covariates and multiple-test comparisons. Discrimination was negatively associated with methylation at CpG sites within the glucocorticoid receptor (NR3C1) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) genes that were consistent over time. In addition, discrimination was negatively associated with methylation of a CpG in the glucocorticoid binding protein (FKBP5) at T1 but not at T2. This study underscores the complex biological pathways between discrimination and epigenetic modification in Latina women that warrant further investigation to better understand the genetic and psychopathological impact of discrimination on Latino mothers and their families.