Aberrant methylation of promoter CpG islands in cancer is associated with silencing of tumor-suppressor genes, and age-dependent hypermethylation in normal appearing mucosa may be a risk factor for human colon cancer. It is not known whether this age-related DNA methylation phenomenon is specific to human tissues. We performed comprehensive DNA methylation profiling of promoter regions in aging mouse intestine using methylated CpG island amplification in combination with microarray analysis. By comparing C57BL/6 mice at 3-mo-old versus 35-mo-old for 3627 detectable autosomal genes, we found 774 (21%) that showed increased methylation and 466 (13%) that showed decreased methylation. We used pyrosequencing to quantitatively validate the microarray data and confirmed linear age-related methylation changes for all 12 genomic regions examined. We then examined 11 changed genomic loci for age-related methylation in other tissues. Of these, three of 11 showed similar changes in lung, seven of 11 changed in liver, and six of 11 changed in spleen, though to a lower degree than the changes seen in colon. There was partial conservation between age-related hypermethylation in human and mouse intestines, and Polycomb targets in embryonic stem cells were enriched among the hypermethylated genes. Our findings demonstrate a surprisingly high rate of hyper- and hypomethylation as a function of age in normal mouse small intestine tissues and a strong tissue-specificity to the process. We conclude that epigenetic deregulation is a common feature of aging in mammals.

Left–right asymmetrical brain function underlies much of human cognition, behavior and emotion. Abnormalities of cerebral asymmetry are associated with schizophrenia and other neuropsychiatric disorders. The molecular, developmental and evolutionary origins of human brain asymmetry are unknown. We found significant association of a haplotype upstream of the gene LRRTM1 (Leucine-rich repeat transmembrane neuronal 1) with a quantitative measure of human handedness in a set of dyslexic siblings, when the haplotype was inherited paternally (P=0.00002). While we were unable to find this effect in an epidemiological set of twin-based sibships, we did find that the same haplotype is overtransmitted paternally to individuals with schizophrenia/schizoaffective disorder in a study of 1002 affected families (P=0.0014). We then found direct confirmatory evidence that LRRTM1 is an imprinted gene in humans that shows a variable pattern of maternal downregulation. We also showed that LRRTM1 is expressed during the development of specific forebrain structures, and thus could influence neuronal differentiation and connectivity. This is the first potential genetic influence on human handedness to be identified, and the first putative genetic effect on variability in human brain asymmetry. LRRTM1 is a candidate gene for involvement in several common neurodevelopmental disorders, and may have played a role in human cognitive and behavioral evolution.

In mammals, caloric restriction consistently results in extended lifespan. Epigenetic information encoded by DNA methylation is tightly regulated, but shows a striking drift associated with age that includes both gains and losses of DNA methylation at various sites. Here, we report that epigenetic drift is conserved across species and the rate of drift correlates with lifespan when comparing mice, rhesus monkeys, and humans. Twenty-two to 30-year-old rhesus monkeys exposed to 30% caloric restriction since 7-14 years of age showed attenuation of age-related methylation drift compared to ad libitum-fed controls such that their blood methylation age appeared 7 years younger than their chronologic age. Even more pronounced effects were seen in 2.7-3.2-year-old mice exposed to 40% caloric restriction starting at 0.3 years of age. The effects of caloric restriction on DNA methylation were detectable across different tissues and correlated with gene expression. We propose that epigenetic drift is a determinant of lifespan in mammals.Caloric restriction has been shown to increase lifespan in mammals. Here, the authors provide evidence that age-related methylation drift correlates with lifespan and that caloric restriction in mice and rhesus monkeys results in attenuation of age-related methylation drift.

Abstract DNA methylation is an epigenetic mark that is altered in cancer and aging tissues. The effects of extrinsic factors on DNA methylation remain incompletely understood. Microbial dysbiosis is a hallmark of colorectal cancer, and infections have been linked to aberrant DNA methylation in cancers of the GI tract. To determine the microbiota’s impact on DNA methylation, we studied the methylomes of colorectal mucosa in germ-free (no microbiota) and specific-pathogen-free (controlled microbiota) mice, as well as in Il-10 KO mice ( Il10 −/− ) which are prone to inflammation and tumorigenesis in the presence of microbiota. The presence of microbiota was associated with changes in 5% of the methylome and Il10 −/− mice showed alterations in 4.1% of the methylome. These changes were slightly more often hypo than hypermethylation and affected preferentially CpG sites located in gene bodies and intergenic regions. Mice with both Il-10 KO and microbiota showed much more pronounced alterations, affecting 18% of the methylome. When looking specifically at CpG island methylation alterations, a hallmark of aging and cancer, 0.4% were changed by the microbiota, 0.4% were changed by Il10 −/− , while 4% were changed by both simultaneously. These effects are comparable to what is typically seen when comparing colon cancer to normal. We next compared these methylation changes to those seen in aging, and after exposure to the colon carcinogen Azoxymethane (AOM). Aging was associated with alterations in 18% of the methylome, and aging changes were accelerated in the Il10 −/− /SPF mice. By contrast, AOM induced profound hypomethylation that was distinct from the effects of aging or of the microbiota. CpG sites modified by the microbiota were over-represented among DNA methylation changes in colorectal cancer. Thus, the microbiota affects the DNA methylome of colorectal mucosa in patterns reminiscent of what is observed in aging and in colorectal cancer.

Introduction: Aberrant DNA methylation is frequently observed in colorectal cancer (CRC), but the underlying mechanisms are poorly understood. Ten-Eleven Translocation (TET) dioxygenases and DNA repair enzyme Thymine DNA Glycosylase (TDG) are involved in active DNA demethylation by generating and removing, respectively, novel oxidized cytosine species. Mutations of TET1 and TDG, and alterations of the levels of oxidized cytosine species have been identified in human CRC cases, but the biological significance of the TET-TDG demethylation axis in intestinal tumorigenesis is unclear. Material and Methods: We generated ApcMin mice with additional inactivation of Tet1 and/or Tdg, and characterized the methylome and transcriptome of intestinal adenomas by DREAM and RNA sequencing, respectively. Results: Tet1- and/or Tdg-deficient ApcMin mice show enhanced intestinal tumorigenesis in comparison to wild type Tet1 and Tdg ApcMin mice. Specifically, Tet1 and/or Tdg-deficient ApcMin adenomas manifested increased size or features of erosion and stroma activation. Methylome analysis revealed progressive loss of global DNA hypomethylation in colonic adenomas from Tet1- and Tdg-deficient ApcMin mice, and hypermethylation of CpG islands in Tet1-deficient ApcMin mice. In addition, RNA sequencing showed upregulation of genes in inflammatory and immune response pathways in Tet1- and Tdg-mutant colonic adenomas compared to control ApcMin adenomas. Conclusions: Taken together, these findings demonstrate the important role of active DNA demethylation mediated by TET-TDG in reducing intestinal tumor formation, by modulating the epigenome and inflammatory/immune responses. This study highlights a novel mechanism of epigenetic deregulation during intestinal tumorigenesis with diagnostic, therapeutic and prognostic implications.