Abstract Phase II drug metabolism is poorly studied in advanced age and older adults may exhibit significant variability in their expression of phase II enzymes. We hypothesized that age-related changes to epigenetic regulation of genes involved in phase II drug metabolism may contribute to these effects. We examined published epigenome-wide studies of human blood and identified the SULT1A1 and UGT1A6 genes as the top loci showing epigenetic changes with age. To assess possible functional alterations with age in the liver, we assayed DNA methylation (5mC) and histone acetylation changes around the mouse homologs Sult1a1 and Ugt1a6 in liver tissue from mice aged 4-32 months obtained from the National Institute on Aging rodent tissue bank. Our sample shows significant loss of 5mC at Sult1a1 , mirroring the loss of 5mC with age observed in human blood DNA at the same locus. We also detected increased histone 3 lysine 9 acetylation (H3K9ac) with age at Sult1a1 , but no change to histone 3 lysine 27 acetylation (H3K27ac). Sult1a1 gene expression is significantly positively associated with H3K9ac levels, accounting for 23% of the variation in expression. We did not detect any significant changes at Ugt1a6 . We conclude that Sult1a1 expression is under epigenetic influence in normal aging and that this influence is more pronounced for H3K9ac than DNA methylation or H3K27ac in this study. More generally, our findings support the relevance of epigenetics in regulating key drug metabolizing pathways. In future, epigenetic biomarkers could prove useful to inform dosing in older adults.

The transcription factor 4 (TCF4) locus is one of the most robust association findings with schizophrenia (SZ) but little is known about the genes regulated by the encoded transcription factor. Therefore, we conducted chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) of TCF4 in neural-derived (SH-SY5Y) cells to identify genome-wide TCF4 binding sites, followed by data integration with functional experiments and SZ association findings. We identified 11,322 TCF4 binding sites present in two ChIP-seq experiments. These sites are significantly enriched for the TCF4 Ebox binding motif (>85% having ≥1 Ebox) and implicate a gene set enriched for genes down-regulated in TCF4 siRNA knockdown experiments, indicating the validity of our findings. The TCF4 gene set was also enriched among 1) Gene Ontology categories including axon/neuronal development and insulin signaling, 2) genes preferentially expressed in brain, in particular pyramidal neurons of the somatosensory cortex, 3) genes down-regulated in post-mortem brain tissue from SZ patients (OR=2.8, permutation p<4x10-5). Considering genomic alignments, TCF4 binding sites significantly overlapped those for neural DNA binding proteins such as FOXP2 and the SZ-associated EP300. TCF4 binding sites were modestly enriched among SZ risk loci from the Psychiatric Genomic Consortium (OR=1.56, p=0.03). In total, 130 TCF4 binding sites occurred in 39 of the 108 regions published in 2014. Thirteen genes within the 108 loci had both a TCF4 binding site ±10kb and were differentially expressed in siRNA knockdown experiments of TCF4, suggesting direct TCF4 regulation. These findings confirm TCF4 as an important regulator of neural genes and point towards functional interactions with potential relevance for SZ.

Abstract Organophosphate (OP) chemicals include commonly used pesticides and also chemical warfare agents, and mechanistically they are potent inhibitors of the cholinesterase (ChE) enzyme. While a chronic low-dose OP exposure does not produce acute cholinergic crises, epidemiological studies report long-term neuropsychiatric issues including depression and cognitive impairments in OP-exposed individuals. Chlorpyrifos (CPF) is one of the most widely used pesticides worldwide. Multiple laboratory studies have reported on either the long-term behavioral effect of a single, high-dose CPF or studied sub-chronic behavioral effects particularly the motor and cognitive effects of repeated low-dose CPF exposure. However, studies on chronic mood and depression-related morbidities following repeated sub-threshold CPF doses that would mimic occupationally-relevant OP exposures are lacking. Here, adult male rats were injected with CPF (1, 3, 5, or 10 mg/kg/d, s.c.) for 21-days. Dependent on the CPF dose, ChE activity was inhibited approximately 60-80% in the blood and about 20-50% in the hippocampus at 2-days after the end of CPF exposures. Following an 11-week washout period, CPF-treated rats exhibited a dose-dependent increase in signs of anhedonia (sucrose preference test), anxiety (open-field and elevated plus-maze), and despair (forced swim test) despite a complete recovery of ChE activity at this stage. We speculate that both cholinergic and non-cholinergic mechanisms could play a role in the development of chronic OP-related depressive outcomes. The proposed CPF exposure paradigm could provide an ideal model to further study molecular mechanisms underlying cause and effect relationships between environmental OP exposures and the development of chronic behavioral deficits.