Imprinted genes show parent-specific activity (functional haploidy), which makes them particularly vulnerable to epigenetic dysregulation. Here we studied the methylation profiles of oppositely imprinted genes at single DNA molecule resolution by two independent parental allele-specific deep bisulfite sequencing (DBS) techniques. Using Roche (GSJunior) next generation sequencing technology, we analyzed the maternally imprinted MEST promoter and the paternally imprinted MEG3 intergenic (IG) differentially methylated region (DMR) in fetal cord blood, adult blood, and visceral adipose tissue. Epimutations were defined as paternal or maternal alleles with >50% aberrantly (de)methylated CpG sites, showing the wrong methylation imprint. The epimutation rates (range 2–66%) of the paternal MEST and the maternal MEG3 IG DMR allele, which should be completely unmethylated, were significantly higher than those (0–15%) of the maternal MEST and paternal MEG3 alleles, which are expected to be fully methylated. This hypermethylation of the non-imprinted allele (HNA) was independent of parental origin. Very low epimutation rates in sperm suggest that HNA occurred after fertilization. DBS with Illumina (MiSeq) technology confirmed HNA for the MEST promoter and the MEG3 IG DMR, and to a lesser extent, for the paternally imprinted secondary MEG3 promoter and the maternally imprinted PEG3 promoter. HNA leads to biallelic methylation of imprinted genes in a considerable proportion of normal body cells (somatic mosaicism) and is highly variable between individuals. We propose that during development and differentiation maintenance of differential methylation at most imprinting control regions may become to some extent redundant. The accumulation of stochastic and environmentally-induced methylation errors on the non-imprinted allele may increase epigenetic diversity between cells and individuals.

Eine intrauterine Gestationsdiabetes (GDM) Exposition induziert in den betroffenen Nachkommen eine lebenslang erhöhte Prädisposition für metabolische und komplexe Erkrankungen. Die Krankheitssuszeptibilität wird dabei durch epigenetische Veränderungen vermittelt, die sich über die Regulation der Genaktivität auch auf das Expressionsniveau und den Phänotypen auswirken. Um neue Gene zu finden, die eine Rolle in der fetalen Programmierung spielen, wurden in dieser Arbeit genomweite Methylierungsmuster von Nabelschnurbluten (FCBs) aus GDM-Schwangerschaften und Kontrollen miteinander verglichen. Mit Illumina Infinium HumanMethylation 450K Arrays konnten signifikante Gruppenunterschiede für insgesamt 65 CpG-Stellen (52 davon genassoziiert) festgestellt werden, die multiplem Testen standhielten. Mittels Pyrosequenzierung wurden vier dieser Kandidaten-Loci (ATP5A1, MFAP4, PRKCH, SLC17A4), sowie ein Gen aus der Literatur (HIF3A) genauer untersucht und die Effekte erfolgreich validiert. Für das zugrundeliegende multivariate Regressionsmodell wurden die potenziellen Störfaktoren Gestationsalter, kindliches Geschlecht und mütterlicher BMI berücksichtigt. Der GDM-Effekt zeigte sich stärker in der insulinbehandelten Subgruppe (I-GDM) als in der diätisch behandelten (D GDM) und scheint insgesamt multifaktoriell bedingt zu sein, da viele Gene betroffen waren, jedoch alle mit einer vergleichsweise niedrigen Effekt-Größe. Zusätzlich konnten für den MEG3 Promotor, MEST und PEG3, drei von vier geprägten Genen, die mittels Deep Bisulfite Sequencings (DBS) analysiert wurden, ebenfalls signifikante Methylierungs-unterschiede zwischen der GDM- und Kontroll-Gruppe detektiert werden. Die identifizierten Gene stellen labile Zielregionen für die GDM-induzierte intrauterine Programmierung dar und können zukünftig nützliche Biomarker für Krankheitsdiagnosen und Prognosen sein. Mittels DBS können darüber hinaus Einzelmolekül-Analysen durchgeführt werden, für die in differentiell methylierten Regionen (DMRs) anhand eines informativen SNPs die parentale Allel-Herkunft bestimmt und bei der Berechnung von Epimutationsraten einbezogen werden kann. Epimutationen wurde als solche gewertet, wenn sie ein > 50 % abnormal (de)methyliertes Methylierungsprofil aufwiesen. Die DBS-Daten wurden mit zwei verschiedenen Sequenzierplattformen generiert (Roche GS Junior und Illumina MiSeq). Für Zweitere wurde ein eigenes, unabhängiges Library-Präparations-Protokoll entwickelt. In Nabelschnurblut, adultem Blut und Viszeralfett wurden für die paternal exprimierte MEST Promotor DMR und die maternal exprimierte MEG3 intergenic (IG) DMR hohe Epimutationsraten für das jeweils unmethylierte Allel detektiert. Die geprägten (methylierten) Allele wiesen dagegen nur niedrige Epimutationsraten auf. Da MEST und MEG3 invers geprägte Gene sind, war die Hypermethylierung des nicht geprägten Allels (HNA) demnach unabhängig von der parentalen Allel-Herkunft. Die HNA scheint außerdem erst nach der Fertilisation aufzutreten, da in Spermien nur sehr wenige Epimutationen gefunden wurden. Für die sekundäre MEG3 Promotor DMR (deren Prägung von der primären MEG3 IG-DMR reguliert wird) wurde ein deutlich schwächerer, wenngleich signifikanter HNA-Effekt im FCB gemessen, für die paternal exprimierte PEG3 Promotor DMR konnte dagegen kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden parentalen Epimutationsraten festgestellt werden. Der HNA-Effekt für die MEST DMR, MEG3 IG-DMR und MEG3 Promotor DMR war weder mit GDM noch mit Adipositas assoziiert und zeigte allgemein eine große interindividuelle Varianz. Die Aufrechterhaltung differenzieller Methylierungsmuster in Imprinting Kontrollregionen (ICRs) scheint in manchen Entwicklungs-Zeitspannen von großer Bedeutung und damit streng kontrolliert zu sein, später jedoch redundant zu werden, was sich in der Anreicherung von stochastischen sowie umweltinduzierten Fehlern auf dem nicht geprägten Allel äußern kann. HNA-suszeptible geprägte Gene ähneln in mancherlei Hinsicht metastabilen Epiallelen. Diese Studie zeigt, dass sowohl stochastische Faktoren als auch Umweltstimuli während der frühen embryonalen Entwicklung u.a. über HNA-Effekte geprägte Gen-Netzwerke programmieren, die in Wachstumsprozesse involviert sind. Um tiefere Einblicke in allelspezifische Prägungsprofile zu erhalten, wären umfangreiche DBS HNA-Längsschnittstudien aller 50-100 human geprägten Gene in unterschiedlichen Gewebetypen und Differenzierungsstadien wünschenswert.  

Utilizing 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography (PET)/computed tomography (CT), we performed this pilot study to evaluate the link between cytogenetic/genomic markers and imaging patterns in relapsed/refractory (RR) multiple myeloma (MM). We retrospectively analyzed data of 24 patients with RRMM who were treated at our institution between November 2018 and February 2020. At the last relapse/progression, patients had been treated with a median of three (range 1–10) lines of therapy. Six (25%) patients showed FDG avid extramedullary disease without adjacency to bone. We observed significantly higher maximum standardized uptake values (SUV\(_{max}\)) in patients harboring del(17p) compared with those without del(17p) (p = 0.025). Moreover, a high SUV\(_{max}\) of >15 indicated significantly shortened progression-free survival (PFS) (p = 0.01) and overall survival (OS) (p = 0.0002). One female patient exhibited biallelic TP53 alteration, i.e., deletion and mutation, in whom an extremely high SUV\(_{max}\) of 37.88 was observed. In summary, this pilot study suggested a link between del(17p)/TP53 alteration and high SUV\(_{max}\) on 18F-FDG PET/CT in RRMM patients. Further investigations are highly warranted at this point.