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. 2019 Dec;21(4):369-378.
doi: 10.31887/DCNS.2019.21.4/mszyf.

The Epigenetics of Perinatal Stress

Affiliations
Free PMC article

The Epigenetics of Perinatal Stress

Moshe Szyf. Dialogues Clin Neurosci. .
Free PMC article

Abstract

Early life adversity is associated with long-term effects on physical and mental health later in life, but the mechanisms are yet unclear. Epigenetic mechanisms program cell-type-specific gene expression during development, enabling one genome to be programmed in many ways, resulting in diverse stable profiles of gene expression in different cells and organs in the body. DNA methylation, an enzymatic covalent modification of DNA, has been one of the principal epigenetic mechanisms investigated. Emerging evidence is consistent with the idea that epigenetic processes are involved in embedding the impact of early-life experience in the genome and mediating between social environments and later behavioral phenotypes. Whereas there is evidence supporting this hypothesis in animal studies, human studies have been less conclusive. A major problem is the fact that the brain is inaccessible to epigenetic studies in humans and the relevance of DNA methylation in peripheral tissues to behavioral phenotypes has been questioned. In addition, human studies are usually confounded with genetic and environmental heterogeneity and it is very difficult to derive causality. The idea that epigenetic mechanisms mediate the life-long effects of perinatal adversity has attractive potential implications for early detection, prevention, and intervention in mental health disorders will be discussed. .

Si bien la adversidad en los inicios de la vida se asocia con efectos a largo plazo en la salud física y mental, los mecanismos aún no están claros. Los mecanismos epigenéticos programan durante el desarrollo la expresión génica específica de un tipo celular, lo que permite que un genoma se programe de muchas maneras, dando así como resultado diversos perfiles estables de expresión génica en diferentes células y órganos del cuerpo. Uno de los principales mecanismos epigenéticos investigados ha sido la metilación del ADN, una modificación enzimática covalente del ADN. La reciente evidencia es consistente con la idea que los procesos epigenéticos están involucrados en la incorporación del impacto de la experiencia de los inicios de la vida en el genoma y en la mediación entre ambientes sociales y fenotipos conductuales posteriores. Aunque la evidencia respalda esta hipótesis en estudios con animales, en humanos los resultados han sido menos concluyentes. Un problema importante es el hecho que el cerebro humano es inaccesible para los estudios epigenéticos y que se ha cuestionado.la relevancia de la metilación del ADN en los tejidos periféricos para los fenotipos conductuales. Además, los estudios en humanos suelen confundirse con la heterogeneidad genética y ambiental, y es muy difícil derivar la causalidad. La idea que los mecanismos epigenéticos median los efectos de la adversidad perinatal durante toda la vida tiene interesantes implicaciones potenciales para la detección temprana, la prevención y la intervención en los trastornos de salud mental que se discutirán.

Les épreuves précoces de la vie sont associées à des effets à long terme sur la santé mentale et physique mais les mécanismes n’en sont toujours pas compris. Des mécanismes épigénétiques programment l’expression génique spécifique d’un type cellulaire au cours du développement permettant à un génome d’être programmé de diverses façons, ce qui entraîne divers profils stables d’expression génique dans différents organes et cellules du corps. La méthylation de l’ADN, une modification enzymatique covalente de l’ADN, est l’un des principaux mécanismes épigénétiques étudiés. D’après de nouvelles données, des processus épigénétiques jouent un rôle dans l’intégration de l’impact des expériences précoces de la vie dans le génome et dans la médiation entre l’environnement social et les phénotypes tardifs de comportement. Cette hypothèse est soutenue par des données issues d’études sur les animaux, mais les études sur les humains sont moins concluantes. L’inaccessibilité du cerveau aux études épigénétiques chez l’homme représente un problème majeur. Et la pertinence de la méthylation de l’ADN dans les tissus périphériques pour expliquer les phénotypes comportementaux a été remise en question. De plus, la causalité est très difficile à déduire car les études sur l’homme sont couramment faussées par une hétérogénéité génétique et environnementale. L’hypothèse que des mécanismes épigénétiques sous-tendent les effets à long terme du stress périnatal a des implications potentielles prometteuses dans la détection précoce, la prévention et le traitement des troubles mentaux. Elles seront discutées ici.

Keywords: DNA methylation; NR3C1; early life adversity; early life stress; epigenetics; glucocorticoid; perinatal stress.

Figures

Figure 1.
Figure 1.. The same gene could be methylated and silenced in most neurons and unmethylated and highly transcriptionally active in few neurons. Measuring DNA methylation and mRNA expression from such a sample will show high methylation and high expression. However, truly all the expression that we measure comes from a few cells, while in most cells in the sample the gene promoter is methylated and expression is silenced. RNApolII, RNA polII transcription initiation complex; horizontal arrow, transcription; red balloons, methylated sites; horizonal curved lines, mRNA molecules.
Figure 2.
Figure 2.. Experience triggered, systemic epigenetic alterations anticipates response to future signals. A model for epigenetic programming by early life stress. Perinatal stress perceived by the brain triggers release of glucocorticoids (GC) from the 
adrenal in the mother prenatally or the newborn postnatally. GC activate nuclear glucocorticoid receptors across the body, which epigenetically program (demethylate) genes that are targets of GR in brain and white blood cells (WBC). The demethylation events are insufficient for activation of these genes. A-brain specific factor (TF) is required for expression and will activate low expression of the gene in the brain but not in blood. During adulthood a stressful event transiently triggers 
a very high level of expression of the GR regulated gene specifically in the brain. Horizontal arrow, transcription; circles, 
CpG sites; CH3 in circles, methylated sites; empty circles, unmethylated CpG sites; horizonal curved lines, mRNA.

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References

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