Environmental factors and diet are generally believed to be accelerators of obesity and hypertension, but they are not the underlying cause. Our animal model of obesity and hypertension is based on the observation that impaired fetal growth has long-term clinical consequences that are induced by fetal programming. Using fetal undernutrition throughout pregnancy, we investigated whether the effects of fetal programming on adult obesity and hypertension are mediated by changes in insulin and leptin action and whether increased appetite may be a behavioral trigger of adult disease. Virgin Wistar rats were time mated and randomly assigned to receive food either ad libitum (AD group) or at 30% of ad libitum intake, or undernutrition (UN group). Offspring from UN mothers were significantly smaller at birth than AD offspring. At weaning, offspring were assigned to one of two diets [a control diet or a hypercaloric (30% fat) diet]. Food intake in offspring from UN mothers was significantly elevated at an early postnatal age. It increased further with advancing age and was amplified by hypercaloric nutrition. UN offspring also showed elevated systolic blood pressure and markedly increased fasting plasma insulin and leptin concentrations. This study is the first to demonstrate that profound adult hyperphagia is a consequence of fetal programming and a key contributing factor in adult pathophysiology. We hypothesize that hyperinsulinism and hyperleptinemia play a key role in the etiology of hyperphagia, obesity, and hypertension as a consequence of altered fetal development.

An adverse prenatal environment may induce long-term metabolic consequences, in particular obesity and insulin resistance. Although the mechanisms are unclear, this programming has generally been considered an irreversible change in developmental trajectory. Adult offspring of rats subjected to undernutrition during pregnancy develop obesity, hyperinsulinemia, and hyperleptinemia, especially in the presence of a high-fat diet. Reduced locomotor activity and hyperphagia contribute to the increased fat mass. Using this model of maternal undernutrition, we investigated the effects of neonatal leptin treatment on the metabolic phenotype of adult female offspring. Leptin treatment (rec-rat leptin, 2.5 μg/g·d, sc) from postnatal d 3–13 resulted in a transient slowing of neonatal weight gain, particularly in programmed offspring, and normalized caloric intake, locomotor activity, body weight, fat mass, and fasting plasma glucose, insulin, and leptin concentrations in programmed offspring in adult life in contrast to saline-treated offspring of undernourished mothers who developed all these features on a high-fat diet. Neonatal leptin had no demonstrable effects on the adult offspring of normally fed mothers. This study suggests that developmental metabolic programming is potentially reversible by an intervention late in the phase of developmental plasticity. The complete normalization of the programmed phenotype by neonatal leptin treatment implies that leptin has effects that reverse the prenatal adaptations resulting from relative fetal undernutrition.

Significant alterations in maternal nutrition may induce long-term metabolic consequences in offspring, in particular obesity and leptin and insulin resistance. Although maternal nutrient deprivation has been well characterized in this context, there is a relative paucity of data on how high fat (HF) nutrition impacts on the subsequent generation. The present study investigated the effects of maternal HF nutrition either throughout the mother's life up to and including pregnancy and lactation or HF nutrition restricted to pregnancy and lactation, on growth and metabolic parameters in male and female offspring. Virgin Wistar rats were assigned to one of three experimental groups: (1) controls (Cont): dams fed a standard chow diet throughout their life and throughout pregnancy and lactation; (2) maternal high fat (MHF) group: dams fed a HF diet from weaning up to and throughout pregnancy and lactation; and (3) pregnancy and lactation high fat (PLHF): dams fed a chow diet through their life until conception and then fed a HF diet throughout pregnancy and lactation. At weaning, all offspring were fed either a chow or HF diet for the remainder of the study (160 days). Litter size and sex ratios were not significantly different between the groups. MHF and PLHF offspring had significantly lower body weights and were hypoleptinaemic and hypoinsulinaemic at birth compared to Cont offspring. As adults however, chow-fed MHF and PLHF offspring were significantly more obese than Cont offspring (DEXA scanning at day 150, P < 0.001 for maternal HF diet). As expected a postweaning HF diet resulted in increased adiposity in all groups; MHF and PLHF offspring, however, always remained significantly more obese than Cont offspring. Increased adiposity in MHF and PLHF offspring was paralleled by hyperinsulinaemia and hyperleptinaemia (P < 0.001; MHF and PLHF versus Cont). It is of interest that a lifetime of HF nutrition produced a similar offspring phenotype to HF nutrition restricted to pregnancy and lactation alone, thus suggesting that the postnatal sequelae of maternal HF nutrition occurs independent of preconceptional diet. These data further reinforce the importance of maternal nutrition during these critical windows of development and show that maternal HF feeding can induce a markedly obese phenotype in male and female offspring completely independent of postnatal nutrition.

The Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) framework has highlighted the link between an adverse early life environment and later disease risk. There is an increasing focus on adolescents as the next generation of parents as DOHaD agents of change to break the disease cycle. However, DOHaD awareness in adolescents is key to enabling knowledge uptake and behavioural change, particularly in Pacific adolescents who have a higher non-communicable disease (NCD) burden. The present study investigated understanding of DOHaD-related concepts among Pacific, Māori and other ethnic groups in New Zealand (ages 16–19 years, n = 209). Awareness of the term NCDs was low across all groups with awareness of the term DOHaD or the First 1000 Days lower in the Pacific group compared to others. Similarly, awareness of some key DOHaD concepts was low overall with some gender differences in response within ethnicity. Interestingly, adolescents' understanding that the early life nutritional environment can impact health across the life-course diminishes significantly with each advancing life-course stage. These results indicate that both education and healthcare DOHaD-related health promotion are lacking with a need for increased engagement with adolescents, particularly Pacific adolescents, to develop and communicate DOHaD content and messaging relevant to this demographic.

Mammalian cells are flexible and can rapidly change shape when they contract, adhere, or migrate. Their nucleus must be stiff enough to withstand cytoskeletal forces, but flexible enough to remodel as the cell changes shape. This is particularly important for cells migrating through constricted space, where the nuclear shape must change in order to fit through. This occurs many times in the life cycle of a neutrophil, which must protect its chromatin from damage and disruption associated with migration. Total RNA-sequencing identified that neutrophil migration through 5 or 14 μm pores was associated with changes in the transcript levels of inflammation and chemotaxis-related genes, when compared to unmigrated cells. Differentially expressed transcripts specific to migration with constriction were enriched for groups of genes associated with cytoskeletal remodeling. Hi-C was used to capture the genome organization in control and migrated cells. Chromatin did not switch between the active (A) and inactive (B) compartments after migration. However, global depletion of mid- to long-range contacts was observed following active migration through the 5 μm pores. Chromatin contacts that decreased in frequency were enriched in inactive chromatin. Mid- to long-range contacts are preferentially lost within inactive chromatin, thus protecting transcriptionally active contacts from the disruptive effects of migration with constriction. This is consistent with current hypotheses implicating heterochromatin as the mechanoresponsive form of chromatin. Further investigation concerning the contribution of heterochromatin to stiffness, flexibility, and protection of nuclear function will be important for understanding cell migration in human health and disease.

Cancer cell lines often have large structural variants (SVs) that evolve over time. There are many reported differences in large scale SVs between HL-60 and HL-60/S4, two cell lines derived from the same acute myeloid leukemia sample. However, the stability and variability of inter- and intra-chromosomal structural variants between different sources of the same cell line is unknown. Here, we used Hi-C and RNA-seq to identify and compare large SVs in HL-60 and HL-60/S4 cell lines. Comparisons with previously published karyotypes identified novel SVs in both cell lines. Hi-C was used to characterize the known expansion centered on the MYC locus. The MYC expansion was integrated into known locations in HL-60/S4, and a novel location (chr4) in HL-60. The HL-60 cell line has more within-line structural variation than the HL-60/S4 derivative cell line. Collectively we demonstrate the usefulness of Hi-C and with RNA-seq data for the identification and characterization of SVs.

The regulatory contribution that single-nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with psychiatric and cognitive phenotypes make to multimorbidity is unknown. Here, we integrate 3D genome organization and expression quantitative trait (eQTL) analyses to identify the genes and biological pathways that are functionally impacted by 2,893 GWAS SNPs associated with cognitive functioning and five psychiatric disorders (i.e. attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), anxiety, bipolar disorder (BD), unipolar depression (UD) and schizophrenia (SCZ)). The analysis revealed 33 genes and 62 pathways that were commonly affected by the gene regulatory interactions associated with all six phenotypes despite there being no common SNPs and eQTLs. 38 ADHD-, 78 anxiety-, 81 BD-, 169 UD-, 225 SCZ- and 185 cognition-associated genes represent known drug targets. Four genes were affected by eQTLs from all six phenotypes. Collectively, our results represent the foundation for a shift from a gene-targeted towards a pathway-based approach to the treatment of multimorbid conditions.

Tumor necrosis factor alpha (TNF-α) is a potent cytokine involved in systemic inflammation and immune modulation. Signaling responses that involve TNF-α are context dependent and capable of stimulating pathways promoting both cell death and survival. TNF-α treatment has been investigated as part of a combined therapy for acute myeloid leukemia due to its modifying effects on all-trans retinoic acid (ATRA) mediated differentiation into granulocytes.To investigate the interaction between cellular differentiation and TNF-α, we performed RNA-sequencing on two forms of the human HL-60/S4 promyelocytic leukemia cell line treated with TNF-α. The ATRA-differentiated granulocytic form of HL-60/S4 cells had an enhanced transcriptional response to TNF-α treatment compared to the undifferentiated promyelocytes. The observed TNF-α responses included differential expression of cell cycle gene sets, which were generally upregulated in TNF-α treated promyelocytes, and downregulated in TNF-α treated granulocytes. This is consistent with TNF-α induced cell cycle repression in granulocytes and cell cycle progression in promyelocytes. Moreover, comparisons with gene expression changes associated with differentiation indicated that TNF-α treatment of granulocytes shifts the transcriptome towards that of a macrophage.We conclude that TNF-α treatment promotes a divergent transcriptional program in promyelocytes and granulocytes. TNF-α promotes cell cycle associated gene expression in promyelocytes. In contrast, TNF-α stimulated granulocytes have reduced cell cycle gene expression, and a macrophage-like transcriptional program.

Type 1 diabetes (T1D) is a chronic metabolic disorder characterised by the autoimmune destruction of insulin-producing pancreatic islet beta cells in genetically predisposed individuals. Genome-wide association studies (GWAS) have identified over 60 risk loci across the human genome, marked by single nucleotide polymorphisms (SNPs), which confer genetic predisposition to T1D. There is increasing evidence that disease-associated SNPs can alter gene expression through spatial interactions that involve distal loci, in a tissue- and development-specific manner. Here, we used three-dimensional (3D) genome organization data to identify genes that physically co-localized with DNA regions that contained T1D-associated SNPs in the nucleus. Analysis of these SNP-gene pairs using the Genotype-Tissue Expression database identified a subset of SNPs that significantly affected gene expression. We identified 298 spatially regulated genes including HLA-DRB1, LAT, MICA, BTN3A2, CTLA4, CD226, NOTCH1, TRIM26, CLEC2B, TYK2, and FLRT3, which exhibit tissue-specific effects in multiple tissues. We observed that the T1D-associated variants interconnect through networks that form part of the immune regulatory pathways, including immune-cell activation, cytokine signalling, and programmed cell death protein-1 (PD-1). These pathways have been implicated in the pancreatic beta-cell inflammation and destruction as observed in T1D. Our results demonstrate that T1D-associated variants contribute to adaptive immune signalling, and immune-cell proliferation and activation through tissue and cell-type specific regulatory networks.

Abstract Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by significant and complex genetic etiology. GWAS studies have identified genetic variants associated with ASD, but the functional impacts of these variants remain unknown. Here, we integrated four distinct levels of biological information (GWAS, eQTL, spatial genome organization and protein-protein interactions) to identify potential regulatory impacts of ASD-associated SNPs ( p < 5×10 -8 ) on biological pathways within fetal and adult cortical tissues. We found 80 and 58 SNPs that mark regulatory regions (i.e. expression quantitative trait loci or eQTLs) in the fetal and adult cortex, respectively. These eQTLs were also linked to other psychiatric disorders (e.g. schizophrenia, ADHD, bipolar disorder). Functional annotation of ASD-associated eQTLs revealed that they are involved in diverse regulatory processes. In particular, we found significant enrichment of eQTLs within regions repressed by Polycomb proteins in the fetal cortex compared to the adult cortex. Furthermore, we constructed fetal and adult cortex-specific protein-protein interaction networks and identified that ASD-associated regulatory SNPs impact on immune pathways, fatty acid metabolism, ribosome biogenesis, aminoacyl-tRNA biosynthesis and spliceosome in the fetal cortex. By contrast in the adult cortex, they largely affect immune pathways. Overall, our findings highlight potential regulatory mechanisms and pathways important for the etiology of ASD in early brain development and adulthood. This approach, in combination with clinical studies on ASD, will contribute to individualized mechanistic understanding of ASD development.