The mechanism and significance of epigenetic variability in the same cell type between healthy individuals are not clear. Here, we purify human CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) from different individuals and find that there is increased variability of DNA methylation at loci with properties of promoters and enhancers. The variability is especially enriched at candidate enhancers near genes transitioning between silent and expressed states, and encoding proteins with leukocyte differentiation properties. Our findings of increased variability at loci with intermediate DNA methylation values, at candidate "poised" enhancers, and at genes involved in HSPC lineage commitment suggest that CD34+ cell subtype heterogeneity between individuals is a major mechanism for the variability observed. Epigenomic studies performed on cell populations, even when purified, are testing collections of epigenomes, or meta-epigenomes. Our findings show that meta-epigenomic approaches to data analysis can provide insights into cell subpopulation structure.

Abstract Gut dysbiosis and type 1 diabetes (T1D) are closely related, and gut dysbiosis and male infertility are correlated, too. Moreover, most male T1D patients are of active reproductive age. Therefore, it is crucial to explore possible means for improving their semen quality. Here, we found that fecal microbiota transplantation (FMT) from alginate oligosaccharide (AOS) improved gut microbiota (A10-FMT) significantly decreased blood glucose and glycogen, and increased semen quality in streptozotocin-induced T1D subjects. A10-FMT improved T1D-disturbed gut microbiota, especially the increase in small intestinal lactobacillus , and blood and testicular metabolome to produce n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) to ameliorate spermatogenesis and semen quality. Moreover, A10-FMT can improve spleen and liver function to strengthen the systemic environment for sperm development. FMT from gut microbiota of control animals (Con-FMT) produced some beneficial effects; however, to a smaller extent. Thus, AOS improved gut microbiota may be a useful protocol for improving semen quality and male fertility in T1D patients. Importance Clinical data suggest that male reproductive dysfunction especially infertility is a critical issue for type 1 diabetic patient (T1D) because most of them are at the reproductive age. Gut dysbiosis is involved in T1D related male infertility. However, improved gut microbiota can be used to improve spermatogenesis and male fertility in T1D remains incompletely understood. We discovered that alginate oligosaccharide-improved gut microbiota (A10-FMT) significantly ameliorated spermatogenesis and semen quality. AOS-improved gut microbiota (specific microbes) may serve as a novel, promising therapeutic approach for the improvement of semen quality and male fertility in T1D patients.

Extreme fetal growth is associated with increased susceptibility to a range of adult diseases through an unknown mechanism of cellular memory. We tested whether heritable epigenetic processes in long-lived CD34+ hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) showed evidence for re-programming associated with the extremes of fetal growth. Here we show that both fetal growth restriction and over-growth are associated with global shifts towards DNA hypermethylation, targeting cis-regulatory elements in proximity to genes involved in glucose homeostasis and stem cell function. A sexually dimorphic response was found, intrauterine growth restriction (IUGR) associated with substantially greater epigenetic dysregulation in males but large for gestational age (LGA) growth affecting females predominantly. The findings are consistent with extreme fetal growth interacting with variable fetal susceptibility to influence cellular aging and metabolic characteristics through epigenetic mechanisms, potentially generating biomarkers that could identify infants at higher risk for chronic disease later in life.

Alginate oligosaccharides (AOSs), which are an attractive feed additive for animal production, exhibit pleiotropic bioactivities. In the present study, we investigated graded doses of AOS-mediated alterations in the physiological responses of piglets by determining the intestinal architecture, barrier function, and microbiota. A total of 144 weaned piglets were allocated into four dietary treatments in a completely random design, which included a control diet (CON) and three treated diets formulated with 250 mg/kg (AOS250), 500 mg/kg (AOS500), and 1000 mg/kg AOS (AOS1000), respectively. The trial was carried out for 28 days. Our results showed that AOS treatment reinforced the intestinal barrier function by increasing the ileal villus height, density, and fold, as well as the expression of tight junction proteins, especially at the dose of 500 mg/kg AOS. Meanwhile, supplementations with AOSs showed positive effects on enhancing antioxidant capacity and alleviating intestinal inflammation by elevating the levels of antioxidant enzymes and inhibiting excessive inflammatory cytokines. The DESeq2 analysis showed that AOS supplementation inhibited the growth of harmful bacteria

Increasing evidence shows the pivotal significance of miRNAs in the pathogenesis of osteoporosis. miR-381-3p has been identified as an inhibitor of osteogenesis. This study explored the role and mechanism of miR-381-3p in postmenopausal osteoporosis (PMOP), the most common type of osteoporosis.

Summary Excessive fetal growth is associated with DNA methylation alterations in human hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC), but their functional impact remains elusive. We implemented an integrative analysis combining single-cell epigenomics, single-cell transcriptomics, and in vitro analyses to functionally link DNA methylation changes to putative alterations of HSPC functions. We showed in hematopoietic stem cells (HSC) from large for gestational age neonates that both DNA hypermethylation and chromatin rearrangement target a specific network of transcription factors known to sustain stem cell quiescence. In parallel, we found a decrease expression of key genes regulating HSC differentiation including EGR1, KLF2, SOCS3 , and JUNB . Our functional analyses showed that this epigenetic programming was associated with a decreased ability for HSCs to stay quiescent. Taken together, our multimodal approach using single-cell (epi)genomics showed that human fetal overgrowth affects hematopoietic stem cells quiescence maintenance via epigenetic programming.