Gene-environment interactions of FKBP5 and early trauma predict adult stress-related psychiatric disorders. In this study, the authors reveal the molecular mechanism of how transcriptionally active variants interact with early trauma leading to long-term allele-specific changes in DNA methylation in glucocorticoid response elements of FKBP5. Although the fact that genetic predisposition and environmental exposures interact to shape development and function of the human brain and, ultimately, the risk of psychiatric disorders has drawn wide interest, the corresponding molecular mechanisms have not yet been elucidated. We found that a functional polymorphism altering chromatin interaction between the transcription start site and long-range enhancers in the FK506 binding protein 5 (FKBP5) gene, an important regulator of the stress hormone system, increased the risk of developing stress-related psychiatric disorders in adulthood by allele-specific, childhood trauma–dependent DNA demethylation in functional glucocorticoid response elements of FKBP5. This demethylation was linked to increased stress-dependent gene transcription followed by a long-term dysregulation of the stress hormone system and a global effect on the function of immune cells and brain areas associated with stress regulation. This identification of molecular mechanisms of genotype-directed long-term environmental reactivity will be useful for designing more effective treatment strategies for stress-related disorders.

Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) is known to broadly regulate the cellular stress response. In contrast, it is unclear if the PACAP-PAC1 receptor pathway has a role in human psychological stress responses, such as post-traumatic stress disorder (PTSD). Here we find, in heavily traumatized subjects, a sex-specific association of PACAP blood levels with fear physiology, PTSD diagnosis and symptoms in females. We examined 44 single nucleotide polymorphisms (SNPs) spanning the PACAP (encoded by ADCYAP1) and PAC1 (encoded by ADCYAP1R1) genes, demonstrating a sex-specific association with PTSD. A single SNP in a putative oestrogen response element within ADCYAP1R1, rs2267735, predicts PTSD diagnosis and symptoms in females only. This SNP also associates with fear discrimination and with ADCYAP1R1 messenger RNA expression in human brain. Methylation of ADCYAP1R1 in peripheral blood is also associated with PTSD. Complementing these human data, ADCYAP1R1 mRNA is induced with fear conditioning or oestrogen replacement in rodent models. These data suggest that perturbations in the PACAP-PAC1 pathway are involved in abnormal stress responses underlying PTSD. These sex-specific effects may occur via oestrogen regulation of ADCYAP1R1. PACAP levels and ADCYAP1R1 SNPs may serve as useful biomarkers to further our mechanistic understanding of PTSD.

Context

 Genetic inheritance and developmental life stress both contribute to major depressive disorder in adults. Child abuse and trauma alter the endogenous stress response, principally corticotropin-releasing hormone and its downstream effectors, suggesting that a gene × environment interaction at this locus may be important in depression. 

Objective

 To examine whether the effects of child abuse on adult depressive symptoms are moderated by genetic polymorphisms within the corticotropin-releasing hormone type 1 receptor (CRHR1) gene. 

Design

 Association study examining gene × environment interactions between genetic polymorphisms at theCRHR1locus and measures of child abuse on adult depressive symptoms. 

Setting

 General medical clinics of a large, public, urban hospital and Emory University, Atlanta, Georgia. 

Participants

 The primary participant population was 97.4% African American, of low socioeconomic status, and with high rates of lifetime trauma (n = 422). A supportive independent sample (n = 199) was distinct both ethnically (87.7% Caucasian) and socioeconomically (less impoverished). 

Main Outcome Measures

 Beck Depression Inventory scores and history of major depressive disorder by the Structured Clinical Interview forDSM-IVAxis I Disorders. 

Results

 Fifteen single-nucleotide polymorphisms spanning 57 kilobases of theCRHR1gene were examined. We found significant gene × environment interactions with multiple individual single-nucleotide polymorphisms (eg, rs110402,P = .008) as well as with a common haplotype spanning intron 1 (P < .001). SpecificCRHR1polymorphisms appeared to moderate the effect of child abuse on the risk for adult depressive symptoms. These protective effects were supported with similar findings in a second independent sample (n = 199). 

Conclusions

 These data support the corticotropin-releasing hormone hypothesis of depression and suggest that a gene × environment interaction is important for the expression of depressive symptoms in adults withCRHR1risk or protective alleles who have a history of child abuse.

Childhood maltreatment is likely to influence fundamental biological processes and engrave long-lasting epigenetic marks, leading to adverse health outcomes in adulthood. We aimed to elucidate the impact of different early environment on disease-related genome-wide gene expression and DNA methylation in peripheral blood cells in patients with posttraumatic stress disorder (PTSD). Compared with the same trauma-exposed controls ( n = 108), gene-expression profiles of PTSD patients with similar clinical symptoms and matched adult trauma exposure but different childhood adverse events ( n = 32 and 29) were almost completely nonoverlapping (98%). These differences on the level of individual transcripts were paralleled by the enrichment of several distinct biological networks between the groups. Moreover, these gene-expression changes were accompanied and likely mediated by changes in DNA methylation in the same loci to a much larger proportion in the childhood abuse (69%) vs. the non-child abuse-only group (34%). This study is unique in providing genome-wide evidence of distinct biological modifications in PTSD in the presence or absence of exposure to childhood abuse. The findings that nonoverlapping biological pathways seem to be affected in the two PTSD groups and that changes in DNA methylation appear to have a much greater impact in the childhood-abuse group might reflect differences in the pathophysiology of PTSD, in dependence of exposure to childhood maltreatment. These results contribute to a better understanding of the extent of influence of differences in trauma exposure on pathophysiological processes in stress-related psychiatric disorders and may have implications for personalized medicine.

This study was undertaken to increase understanding of environmental risk factors for posttraumatic stress disorder (PTSD) and major depressive disorder (MDD) within an urban, impoverished, population. This study examined the demographic characteristics, patterns of trauma exposure, prevalence of PTSD and MDD, and predictors of posttraumatic stress and depressive symptomatology using a verbally presented survey and structured clinical interviews administered to low-income, primarily African-American (>93%) women and men seeking care in the primary care and obstetrics–gynecology clinics of an urban public hospital. Of the sample, 87.8% (n=1256) reported some form of significant trauma in their lifetime. Accidents were the most common form of trauma exposure followed by interpersonal violence and sexual assault. Childhood level of trauma and adult level of trauma separately, and in combination, predicted level of adult PTSD and depressive symptomatology. The lifetime prevalence of PTSD was 46.2% and the lifetime prevalence of MDD was 36.7%. These data document high levels of childhood and adult trauma exposure, principally interpersonal violence, in a large sample of an inner-city primary care population. Within this group of subjects, PTSD and depression are highly prevalent conditions.

Abstract DNA methylation may mediate persistent changes in gene function following chronic stress. To examine this hypothesis, we evaluated African American subjects matched by age and sex, and stratified into four groups by post‐traumatic stress disorder (PTSD) diagnosis and history of child abuse. Total Life Stress (TLS) was also assessed in all subjects. We evaluated DNA extracted from peripheral blood using the HumanMethylation27 BeadChip and analyzed both global and site‐specific methylation. Methylation levels were examined for association with PTSD, child abuse history, and TLS using a linear mixed model adjusted for age, sex, and chip effects. Global methylation was increased in subjects with PTSD. CpG sites in five genes ( TPR , CLEC9A , APC5 , ANXA2 , and TLR8 ) were differentially methylated in subjects with PTSD. Additionally, a CpG site in NPFFR2 was associated with TLS after adjustment for multiple testing. Notably, many of these genes have been previously associated with inflammation. Given these results and reports of immune dysregulation associated with trauma history, we compared plasma cytokine levels in these subjects and found IL4, IL2, and TNFα levels associated with PTSD, child abuse, and TLS. Together, these results suggest that psychosocial stress may alter global and gene‐specific DNA methylation patterns potentially associated with peripheral immune dysregulation. Our results suggest the need for further research on the role of DNA methylation in stress‐related illnesses. © 2011 Wiley‐Liss, Inc.

Abstract The need for high-affinity, SARS-CoV-2-specific monoclonal antibodies (mAbs) is critical in the face of the global COVID-19 pandemic, as such reagents can have important diagnostic, research, and therapeutic applications. Of greatest interest is the ~300 amino acid receptor binding domain (RBD) within the S1 subunit of the spike protein because of its key interaction with the human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) receptor present on many cell types, especially lung epithelial cells. We report here the development and functional characterization of 29 nanomolar-affinity mouse SARS-CoV-2 mAbs created by an accelerated immunization and hybridoma screening process. Differing functions, including binding of diverse protein epitopes, viral neutralization, impact on RBD-hACE2 binding, and immunohistochemical staining of infected lung tissue, were correlated with variable gene usage and sequence.

Racial discrimination increases the risk of adverse brain health outcomes, potentially via neuroplastic changes in emotion processing networks. The involvement of deep brain regions (brainstem and midbrain) in these responses is unknown. Potential associations of racial discrimination with alterations in deep brain functional connectivity and accelerated epigenetic aging, a process that substantially increases vulnerability to health problems, are also unknown.

Post-traumatic stress disorder (PTSD) is a common and debilitating disorder. The risk of PTSD following trauma is heritable, but robust common variants have yet to be identified by genome-wide association studies (GWAS). We have collected a multi-ethnic cohort including over 30,000 PTSD cases and 170,000 controls. We first demonstrate significant genetic correlations across 60 PTSD cohorts to evaluate the comparability of these phenotypically heterogeneous studies. In this largest GWAS meta-analysis of PTSD to date we identify a total of 6 genome-wide significant loci, 4 in European and 2 in African-ancestry analyses. Follow-up analyses incorporated local ancestry and sex-specific effects, and functional studies. Along with other novel genes, a non-coding RNA (ncRNA) and a Parkinson's Disease gene, PARK2, were associated with PTSD. Consistent with previous reports, SNP-based heritability estimates for PTSD range between 10-20%. Despite a significant shared liability between PTSD and major depressive disorder, we show evidence that some of our loci may be specific to PTSD. These results demonstrate the role of genetic variation contributing to the biology of differential risk for PTSD and the necessity of expanding GWAS beyond European ancestry.

Spinal muscular atrophy (SMA) was added to the HHS Secretary’s Recommended Uniform Screening Panel for newborn screening (NBS) in 2018, enabling early diagnosis and treatment of impacted infants to prevent irreversible motor neuron damage. In anticipation of supporting SMA newborn screening, scientists at the U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) have worked towards building resources for public health laboratories in four phases since 2013. In Phase 1, CDC established a real-time PCR assay, which uses a locked nucleic acid probe to attain the needed specificity, to detect SMN1 exon 7. In Phase 2, we developed quality assurance dried blood spot materials made with transduced lymphoblast cell lines established from de-identified SMA patients, carriers, and unaffected donors. In 2021, CDC implemented Phase 3, a proficiency testing program, that now supports 115 NBS labs around the world. We are currently completing Phase 4, which includes the implementation of an external SMA quality control material program. Also, during this time, CDC has provided individual technical assistance to NBS programs and bench training to NBS scientists during our annual molecular workshop. These CDC-led activities have contributed to the rapid and full implementation of SMA screening in all 50 U.S. states as of February 2024.