Cold-induced epigenetic programming of the sperm enhances brown adipose tissue activity in the offspring

后代 生物 褐色脂肪组织 产热 表观遗传学 内分泌学 内科学 DNA甲基化 营养过剩 神经发生 脂肪组织 精子 肥胖 基因表达 遗传学 基因 怀孕 医学
作者
Wenfei Sun,Hua Dong,Anton S. Becker,Dianne H. Dapito,Salvatore Modica,Gerald Grandl,Lennart Opitz,Vissarion Efthymiou,Leon G. Straub,Gitalee Sarker,Miroslav Baláž,Lucia Balážová,Aliki Perdikari,Elke Kiehlmann,Sara Bacanovic,Caroline Zellweger,Daria Peleg‐Raibstein,Paweł Pelczar,Wolf Reik,Irene A. Burger,Ferdinand von Meyenn,Christian Wolfrum
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:24 (9): 1372-1383 被引量:95
标识
DOI:10.1038/s41591-018-0102-y
摘要

Recent research has focused on environmental effects that control tissue functionality and systemic metabolism. However, whether such stimuli affect human thermogenesis and body mass index (BMI) has not been explored. Here we show retrospectively that the presence of brown adipose tissue (BAT) and the season of conception are linked to BMI in humans. In mice, we demonstrate that cold exposure (CE) of males, but not females, before mating results in improved systemic metabolism and protection from diet-induced obesity of the male offspring. Integrated analyses of the DNA methylome and RNA sequencing of the sperm from male mice revealed several clusters of co-regulated differentially methylated regions (DMRs) and differentially expressed genes (DEGs), suggesting that the improved metabolic health of the offspring was due to enhanced BAT formation and increased neurogenesis. The conclusions are supported by cell-autonomous studies in the offspring that demonstrate an enhanced capacity to form mature active brown adipocytes, improved neuronal density and more norepinephrine release in BAT in response to cold stimulation. Taken together, our results indicate that in humans and in mice, seasonal or experimental CE induces an epigenetic programming of the sperm such that the offspring harbor hyperactive BAT and an improved adaptation to overnutrition and hypothermia.

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