Epigenetic editing at individual age-associated CpGs affects the genome-wide epigenetic aging landscape

Liesenfelder, Sven; Koschmieder, Steffen; Wagner, Wolfgang

doi:45489

Epigenetic editing at individual age-associated CpGs affects the genome-wide epigenetic aging landscape

Liesenfelder, Sven^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sven Liesenfelder

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Wagner, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH* ; Koschmieder, Steffen (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-05-29

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-06058
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1037462/files/1037462.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehr- und Forschungsgebiet Stammzellbiologie (924120)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die Alterung des menschlichen Körpers geht mit genomweiten Veränderungen der DNA-Methylierung einher, welche als Biomarker in epigenetische Uhren verwendet werden. Bisher ist jedoch wenig verstanden, wie altersabhängige epigenetische Modifikationen reguliert werden und ob Sie den Alterungsprozess funktionell beeinflussen. In dieser Studie haben wir altersassoziierte CpG-Dinukleotide mittels „CRISPR-epigenetic editing“ gezielt modifiziert, um die Auswirkungen einer direkten Veränderung von DNA-Methylierung in epigenetischen Uhren zu untersuchen. Die gezielte Manipulation von altersassoziierten CpG-Regionen führte zu genomweiten Veränderungen der DNA-Methylierung, welche besonders reproduzierbar und häufiger an anderen altersassoziierten Regionen auftraten. Analysen der Chromatin-Interaktion von alters-assoziierte Regionen zeigten exemplarisch, dass diese besonders häufig mit Regionen interagierten, welche ebenfalls alterskorreliert sind. Mittels „epigenetic editing“ konnten simultan mehrere Regionen in humanen T-Zellen und mesenchymalen Stammzellen manipuliert werden, welche mit der Alterung Methylierung zu- oder abnehmen. Während sich Modifikationen an alters-hyper-methylierten CpGs stabiler zeigten, führten beide Ansätze zu genomweiten Veränderungen der DNA-Methylierung insbesondere an CpG-Regionen mit der höchsten Alterskorrelation. Die Ergebnisse zeigen, dass gezielte epigenetische Modifikationen an vereinzelten CpG-Regionen genomweit epigenetische Uhren beeinflussen und belegen somit eine Co-regulation von altersassoziierten epigenetischen Regionen.

Aging is reflected by genome-wide DNA methylation changes, which form the basis of epigenetic clocks, but it is largely unclear how these epigenetic modifications are regulated and whether they directly affect the aging process. In this study, we performed epigenetic editing at age-associated CpG sites to explore the consequences of interfering with epigenetic clocks. CRISPR-guided editing targeted at individual age-related CpGs evoked genome-wide bystander effects, which were highly reproducible and enriched at other age-associated regions. 4C-sequencing at age-associated sites revealed increased interactions with bystander modifications and other age-related CpGs. Subsequently, we multiplexed epigenetic editing in human T cells and mesenchymal stromal cells at five genomic regions that become either hypermethylated or hypomethylated upon aging. While targeted methylation seemed more stable at age-hypermethylated sites, both approaches induced bystander modifications at CpGs with the highest correlations with chronological age. Notably, these effects were simultaneously observed at CpGs that gain and lose methylation with age. Our results demonstrate that epigenetic editing can extensively modulate the epigenetic aging network and interfere with epigenetic clocks.

OpenAccess:
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