By integrating an agonist satiety signal, provided by alpha–melanocyte-stimulating hormone (α-MSH), and an antagonist signal, provided by agouti-related protein (AGRP), the melanocortin-4 receptor (MC4-R) is a key element in the hypothalamic control of food intake. Inactivation of the gene encoding this G protein–coupled receptor causes obesity in mice. In humans, frameshift mutations in MC4-R cause an early-onset dominant form of obesity in two families. In this study we find a high frequency (4%) of rare heterozygous MC4-R mutations in a large population of morbidly obese patients. No such mutations were found in controls. By analyzing the phenotypes of the probands carrying these mutations, we demonstrate that these patients display a common, nonsyndromic form of obesity. Interestingly, functional analysis of the mutant receptors indicates that obesity-associated defects in MC4-R range from loss of function to constitutive activation. Transmission of these mutations in the families of the carriers indicates a variable expressivity that is not related to the functional severity of the mutations. This variable expressivity of MC4-R–associated obesity is not due to variations in genes for α-MSH or AGRP. Taken together, these results demonstrate that MC4-R mutations are a frequent but heterogeneous genetic cause of morbid obesity.

Despite recent advances in the molecular genetics of type 2 diabetes, the majority of susceptibility genes in humans remain to be identified. We therefore conducted a 10-cM genomewide search (401 microsatellite markers) for type 2 diabetes–related traits in 637 members of 143 French pedigrees ascertained through multiple diabetic siblings, to map such genes in the white population. Nonparametric two-point and multipoint linkage analyzes—using the MAPMAKER-SIBS (MLS) and MAXIMUM-BINOMIAL-LIKELIHOOD (MLB) programs for autosomal markers and the ASPEX program for chromosome X markers—were performed with six diabetic phenotypes: diabetes and diabetes or glucose intolerance (GI), as well as with each of the two phenotypes associated with normal body weight (body-mass index<27 kg/m2) or early age at diagnosis (<45 years). In a second step, high-resolution genetic mapping (∼2 cM) was performed in regions on chromosomes 1 and 3 loci showing the strongest linkage to diabetic traits. We found evidence for linkage with diabetes or GI diagnosed at age <45 years in 92 affected sib pairs from 55 families at the D3S1580 locus on chromosome 3q27-qter using MAPMAKER-SIBS (MLS = 4.67, P=.000004), supported by the MLB statistic (MLB-LOD=3.43, P=.00003). We also found suggestive linkage between the lean diabetic status and markers APOA2–D1S484 (MLS = 3.04, P=.00018; MLB-LOD=2.99, P=.00010) on chromosome 1q21-q24. Several other chromosomal regions showed indication of linkage with diabetic traits, including markers on chromosome 2p21-p16, 10q26, 20p, and 20q. These results (a) showed evidence for a novel susceptibility locus for type 2 diabetes in French whites on chromosome 3q27-qter and (b) confirmed the previously reported diabetes-susceptibility locus on chromosome 1q21-q24. Saturation on both chromosomes narrowed the regions of interest down to an interval of <7 cM. Despite recent advances in the molecular genetics of type 2 diabetes, the majority of susceptibility genes in humans remain to be identified. We therefore conducted a 10-cM genomewide search (401 microsatellite markers) for type 2 diabetes–related traits in 637 members of 143 French pedigrees ascertained through multiple diabetic siblings, to map such genes in the white population. Nonparametric two-point and multipoint linkage analyzes—using the MAPMAKER-SIBS (MLS) and MAXIMUM-BINOMIAL-LIKELIHOOD (MLB) programs for autosomal markers and the ASPEX program for chromosome X markers—were performed with six diabetic phenotypes: diabetes and diabetes or glucose intolerance (GI), as well as with each of the two phenotypes associated with normal body weight (body-mass index<27 kg/m2) or early age at diagnosis (<45 years). In a second step, high-resolution genetic mapping (∼2 cM) was performed in regions on chromosomes 1 and 3 loci showing the strongest linkage to diabetic traits. We found evidence for linkage with diabetes or GI diagnosed at age <45 years in 92 affected sib pairs from 55 families at the D3S1580 locus on chromosome 3q27-qter using MAPMAKER-SIBS (MLS = 4.67, P=.000004), supported by the MLB statistic (MLB-LOD=3.43, P=.00003). We also found suggestive linkage between the lean diabetic status and markers APOA2–D1S484 (MLS = 3.04, P=.00018; MLB-LOD=2.99, P=.00010) on chromosome 1q21-q24. Several other chromosomal regions showed indication of linkage with diabetic traits, including markers on chromosome 2p21-p16, 10q26, 20p, and 20q. These results (a) showed evidence for a novel susceptibility locus for type 2 diabetes in French whites on chromosome 3q27-qter and (b) confirmed the previously reported diabetes-susceptibility locus on chromosome 1q21-q24. Saturation on both chromosomes narrowed the regions of interest down to an interval of <7 cM.

Philippe Froguel and colleagues report an association of variants near the gene encoding melatonin receptor 2 with fasting glucose levels and risk of type 2 diabetes. The association suggests a possible link between circadian rhythm and glucose homeostasis. In genome-wide association (GWA) data from 2,151 nondiabetic French subjects, we identified rs1387153, near MTNR1B (which encodes the melatonin receptor 2 (MT2)), as a modulator of fasting plasma glucose (FPG; P = 1.3 × 10−7). In European populations, the rs1387153 T allele is associated with increased FPG (β = 0.06 mmol/l, P = 7.6 × 10−29, N = 16,094), type 2 diabetes (T2D) risk (odds ratio (OR) = 1.15, 95% CI = 1.08–1.22, P = 6.3 × 10−5, cases N = 6,332) and risk of developing hyperglycemia or diabetes over a 9-year period (hazard ratio (HR) = 1.20, 95% CI = 1.06–1.36, P = 0.005, incident cases N = 515). RT-PCR analyses confirm the presence of MT2 transcripts in neural tissues and show MT2 expression in human pancreatic islets and beta cells. Our data suggest a possible link between circadian rhythm regulation and glucose homeostasis through the melatonin signaling pathway.

Abstract The loss of pancreatic β-cell identity emerges as an important feature of type 2 diabetes development, but the molecular mechanisms are still elusive. Here, we explore the cell-autonomous role of the cell cycle regulator and transcription factor E2F1 in the maintenance of β-cell identity and insulin secretion. We show that the β-cell-specific loss of E2f1 function in mice triggers glucose intolerance associated with defective insulin secretion, an altered α-to-β-cell ratio, a downregulation of many β-cell genes and a concomitant increase of non-β-cell markers. Mechanistically, the epigenomic profiling of non-beta cell upregulated gene promoters identified an enrichment of bivalent H3K4me3/H3K27me3 or H3K27me3 marks. Conversely, downregulated genes were enriched in active chromatin H3K4me3 and H3K27ac histone marks. We find that histone deacetylase inhibitors modulate E2F1 transcriptional and epigenomic signatures associated with these β-cell dysfunctions. Finally, the pharmacological inhibition of E2F transcriptional activity in human islets also impairs insulin secretion and the expression of β-cell identity genes. Our data suggest that E2F1 is critical for maintaining β-cell identity through a sustained repression of non β-cell transcriptional programs.

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.

Abstract Objective The pancreatic islets of Langerhans contain distinct cell subtypes including insulin-producing β cells. Although their cell-specific gene expression pattern defines their identity, the underlying molecular network driving this transcriptional specificity is not fully understood. Among the numerous transcriptional regulators, histone deacetylases (HDAC) enzymes are potent chromatin modifiers which directly regulate gene expression through deacetylation of lysine residues within specific histone proteins. The precise molecular mechanisms underlying HDAC effects on cellular plasticity and β-cell identity are currently unknown. Methods The pharmacological inhibition of HDAC activity by trichostatin A (TSA) was studied in the mouse Min6 and human EndocBH1 cell lines, as well as primary mouse sorted β cells and human pancreatic islets. The molecular and functional effects of treating these complementary β-cell models with TSA was explored at the epigenomic and transcriptomic level through next-generation sequencing of chromatin immunoprecipitation (ChIP) assays (ChIP-seq) and RNA sequencing (RNA-seq) experiments, respectively. Results We showed that TSA alters insulin secretion associated with β-cell specific transcriptome programming in both mouse and human β-cell lines, as well as on human pancreatic islets. We also demonstrated that this alternative β-cell transcriptional program in response to HDAC inhibition is related to an epigenome-wide remodeling at both promoters and enhancers. Conclusions Taken together, our data indicate that full HDAC activity is required to safeguard the epigenome, to protect against loss of β-cell identity with unsuitable expression of genes associated with alternative cell fates.