Impaired insulin secretion is a hallmark of type 2 diabetes (T2D). Epigenetics may affect disease susceptibility. To describe the human methylome in pancreatic islets and determine the epigenetic basis of T2D, we analyzed DNA methylation of 479,927 CpG sites and the transcriptome in pancreatic islets from T2D and non-diabetic donors. We provide a detailed map of the global DNA methylation pattern in human islets, β- and α-cells. Genomic regions close to the transcription start site showed low degrees of methylation and regions further away from the transcription start site such as the gene body, 3′UTR and intergenic regions showed a higher degree of methylation. While CpG islands were hypomethylated, the surrounding 2 kb shores showed an intermediate degree of methylation, whereas regions further away (shelves and open sea) were hypermethylated in human islets, β- and α-cells. We identified 1,649 CpG sites and 853 genes, including TCF7L2, FTO and KCNQ1, with differential DNA methylation in T2D islets after correction for multiple testing. The majority of the differentially methylated CpG sites had an intermediate degree of methylation and were underrepresented in CpG islands (∼7%) and overrepresented in the open sea (∼60%). 102 of the differentially methylated genes, including CDKN1A, PDE7B, SEPT9 and EXOC3L2, were differentially expressed in T2D islets. Methylation of CDKN1A and PDE7B promoters in vitro suppressed their transcriptional activity. Functional analyses demonstrated that identified candidate genes affect pancreatic β- and α-cells as Exoc3l silencing reduced exocytosis and overexpression of Cdkn1a, Pde7b and Sept9 perturbed insulin and glucagon secretion in clonal β- and α-cells, respectively. Together, our data can serve as a reference methylome in human islets. We provide new target genes with altered DNA methylation and expression in human T2D islets that contribute to perturbed insulin and glucagon secretion. These results highlight the importance of epigenetics in the pathogenesis of T2D.

Mutations in pancreatic duodenal homeobox 1 (PDX-1) can cause a monogenic form of diabetes (maturity onset diabetes of the young 4) in humans, and silencing Pdx-1 in pancreatic β-cells of mice causes diabetes. However, it is not established whether epigenetic alterations of PDX-1 influence type 2 diabetes (T2D) in humans. Here we analyzed mRNA expression and DNA methylation of PDX-1 in human pancreatic islets from 55 nondiabetic donors and nine patients with T2D. We further studied epigenetic regulation of PDX-1 in clonal β-cells. PDX-1 expression was decreased in pancreatic islets from patients with T2D compared with nondiabetic donors (P = 0.0002) and correlated positively with insulin expression (rho = 0.59, P = 0.000001) and glucose-stimulated insulin secretion (rho = 0.41, P = 0.005) in the human islets. Ten CpG sites in the distal PDX-1 promoter and enhancer regions exhibited significantly increased DNA methylation in islets from patients with T2D compared with nondiabetic donors. DNA methylation of PDX-1 correlated negatively with its gene expression in the human islets (rho = -0.64, P = 0.0000029). Moreover, methylation of the human PDX-1 promoter and enhancer regions suppressed reporter gene expression in clonal β-cells (P = 0.04). Our data further indicate that hyperglycemia decreases gene expression and increases DNA methylation of PDX-1 because glycosylated hemoglobin (HbA1c) correlates negatively with mRNA expression (rho = -0.50, P = 0.0004) and positively with DNA methylation (rho = 0.54, P = 0.00024) of PDX-1 in the human islets. Furthermore, while Pdx-1 expression decreased, Pdx-1 methylation and Dnmt1 expression increased in clonal β-cells exposed to high glucose. Overall, epigenetic modifications of PDX-1 may play a role in the development of T2D, given that pancreatic islets from patients with T2D and β-cells exposed to hyperglycemia exhibited increased DNA methylation and decreased expression of PDX-1. The expression levels of PDX-1 were further associated with insulin secretion in the human islets.

Bacteriophages (hereafter "phages") are ubiquitous predators of bacteria in the natural world, but interest is growing in their development into antibacterial therapy as complement or replacement for antibiotics. However, bacteria have evolved a huge variety of antiphage defense systems allowing them to resist phage lysis to a greater or lesser extent. In addition to dedicated phage defense systems, some aspects of the general stress response also impact phage susceptibility, but the details of this are not well known. In order to elucidate these factors in the opportunistic pathogen

Rod-shaped bacteria frequently localise proteins to one or both cell poles in order to regulate processes such as chromosome replication or polar organelle development. However, the role of such polar factors in responses to extracellular stimuli has been generally unexplored. We employed chemical-genetic screening to probe the interaction between one such factor from Caulobacter crescentus , TipN, and extracellular stress and found that TipN is required for normal tolerance of cell envelope-directed antibiotics, including vancomycin that does not normally inhibit growth of Gram-negative bacteria. Forward genetic screening for suppressors of vancomycin sensitivity in the absence of TipN revealed the TonB-dependent receptor ChvT as the mediator of vancomycin tolerance. Loss of ChvT improved resistance to vancomycin and cefixime in the otherwise sensitive Δ tipN strain. The activity of the two-component system regulating ChvT (ChvIG) was increased in Δ tipN cells relative to wild type under some, but not all, cell wall stress conditions that this strain was sensitised to, in particular cefixime and detergent exposure. Together, these results indicate that the ChvIG two-component system has been co-opted as a sensor of cell wall stress and that TipN can influence cell envelope stability and ChvIG-mediated signaling in addition to its roles in intracellular development.

Abstract Toxin-antitoxin (TA) systems are widespread in bacterial chromosomes but their functions remain enigmatic. Although many are transcriptionally upregulated by stress conditions, it is unclear what role they play in cellular responses to stress and to what extent the role of a given TA system homologue varies between different bacterial species. In this work we investigate the role of the DNA damage-inducible TA system HigBA of Caulobacter crescentus in the SOS response and discover that in addition to the toxin HigB affecting cell cycle gene expression through inhibition of the master regulator CtrA, HigBA possesses a transcription factor third component, HigC, which both auto-regulates the TA system and acts independently of it. Through HigC, the system exerts downstream effects on antibiotic (ciprofloxacin) resistance and cell cycle gene expression. HigB and HigC had inverse effects on cell cycle gene regulation, with HigB reducing and HigC increasing the expression of CtrA-dependent promoters. Neither HigBA nor HigC had any effect on formation of persister cells in response to ciprofloxacin. Rather, their role in the SOS response appears to be as transcriptional and post-transcriptional regulators of cell cycle-dependent gene expression, transmitting the status of the SOS response as a regulatory input into the cell cycle control network via CtrA. Importance Almost all bacteria respond to DNA damage by upregulating a set of genes that helps them to repair and recover from the damage, known as the SOS response. The set of genes induced during the SOS response varies between species, but frequently includes toxin-antitoxin systems. However, it is unknown what the consequence of inducing these systems is, and whether they provide any benefit to the cells. We show here that the DNA damage-induced TA system HigBA of the asymmetrically dividing bacterium Caulobacter crescentus affects the cell cycle regulation of this bacterium. HigBA also has a transcription factor encoded immediately downstream of it, named here HigC, which controls expression of the TA system and potentially other genes as well. Therefore, this work identifies a new role for TA systems in the DNA damage response, distinct from non-specific stress tolerance mechanisms which had been proposed previously.