Many cellular and molecular phenomena have been described in neurons of schizophrenic patients, mostly based on post-mortem data, but there is still no clear understanding of mechanisms underlying the disease. Gage and colleagues now demonstrate the feasibility of generating a human cell-based model of schizophrenia. Fibroblasts from patients with schizophrenia were reprogrammed into induced pluripotent stem cells and subsequently differentiated into neurons. These neurons displayed a number of schizophrenia-associated phenotypes, including reduced connectivity and altered gene expression, some of which could be rescued by an antipsychotic. Schizophrenia (SCZD) is a debilitating neurological disorder with a world-wide prevalence of 1%; there is a strong genetic component, with an estimated heritability of 80–85%1. Although post-mortem studies have revealed reduced brain volume, cell size, spine density and abnormal neural distribution in the prefrontal cortex and hippocampus of SCZD brain tissue2 and neuropharmacological studies have implicated dopaminergic, glutamatergic and GABAergic activity in SCZD3, the cell types affected in SCZD and the molecular mechanisms underlying the disease state remain unclear. To elucidate the cellular and molecular defects of SCZD, we directly reprogrammed fibroblasts from SCZD patients into human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and subsequently differentiated these disorder-specific hiPSCs into neurons (Supplementary Fig. 1). SCZD hiPSC neurons showed diminished neuronal connectivity in conjunction with decreased neurite number, PSD95-protein levels and glutamate receptor expression. Gene expression profiles of SCZD hiPSC neurons identified altered expression of many components of the cyclic AMP and WNT signalling pathways. Key cellular and molecular elements of the SCZD phenotype were ameliorated following treatment of SCZD hiPSC neurons with the antipsychotic loxapine. To date, hiPSC neuronal pathology has only been demonstrated in diseases characterized by both the loss of function of a single gene product and rapid disease progression in early childhood4,5,6. We now report hiPSC neuronal phenotypes and gene expression changes associated with SCZD, a complex genetic psychiatric disorder.

Enhanced CLIP yields complex libraries of RNA components of ribonucleoprotein complexes and maintains single-nucleotide resolution of binding sites. eCLIP enables large scale profiling, as demonstrated with the binding profiles of 73 RBPs in two human cancer cell lines. As RNA-binding proteins (RBPs) play essential roles in cellular physiology by interacting with target RNA molecules, binding site identification by UV crosslinking and immunoprecipitation (CLIP) of ribonucleoprotein complexes is critical to understanding RBP function. However, current CLIP protocols are technically demanding and yield low-complexity libraries with high experimental failure rates. We have developed an enhanced CLIP (eCLIP) protocol that decreases requisite amplification by ∼1,000-fold, decreasing discarded PCR duplicate reads by ∼60% while maintaining single-nucleotide binding resolution. By simplifying the generation of paired IgG and size-matched input controls, eCLIP improves specificity in the discovery of authentic binding sites. We generated 102 eCLIP experiments for 73 diverse RBPs in HepG2 and K562 cells (available at https://www.encodeproject.org ), demonstrating that eCLIP enables large-scale and robust profiling, with amplification and sample requirements similar to those of ChIP-seq. eCLIP enables integrative analysis of diverse RBPs to reveal factor-specific profiles, common artifacts for CLIP and RNA-centric perspectives on RBP activity.

Abstract Many proteins regulate the expression of genes by binding to specific regions encoded in the genome 1 . Here we introduce a new data set of RNA elements in the human genome that are recognized by RNA-binding proteins (RBPs), generated as part of the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project phase III. This class of regulatory elements functions only when transcribed into RNA, as they serve as the binding sites for RBPs that control post-transcriptional processes such as splicing, cleavage and polyadenylation, and the editing, localization, stability and translation of mRNAs. We describe the mapping and characterization of RNA elements recognized by a large collection of human RBPs in K562 and HepG2 cells. Integrative analyses using five assays identify RBP binding sites on RNA and chromatin in vivo, the in vitro binding preferences of RBPs, the function of RBP binding sites and the subcellular localization of RBPs, producing 1,223 replicated data sets for 356 RBPs. We describe the spectrum of RBP binding throughout the transcriptome and the connections between these interactions and various aspects of RNA biology, including RNA stability, splicing regulation and RNA localization. These data expand the catalogue of functional elements encoded in the human genome by the addition of a large set of elements that function at the RNA level by interacting with RBPs.

Genomes encompass all the information necessary to specify the development and function of an organism. In addition to genes, genomes also contain a myriad of functional elements that control various steps in gene expression. A major class of these elements function only when transcribed into RNA as they serve as the binding sites for RNA binding proteins (RBPs), which act to control post-transcriptional processes including splicing, cleavage and polyadenylation, RNA editing, RNA localization, translation, and RNA stability. Despite the importance of these functional RNA elements encoded in the genome, they have been much less studied than genes and DNA elements. Here, we describe the mapping and characterization of RNA elements recognized by a large collection of human RBPs in K562 and HepG2 cells. These data expand the catalog of functional elements encoded in the human genome by addition of a large set of elements that function at the RNA level through interaction with RBPs.

A critical step in uncovering rules of RNA processing is to study the in vivo regulatory networks of RNA binding proteins (RBPs). Crosslinking and immunoprecipitation (CLIP) methods enabled mapping RBP targets transcriptome-wide, but methodological differences present challenges to large-scale integrated analysis across datasets. The development of enhanced CLIP (eCLIP) enabled the large-scale mapping of targets for 150 RBPs in K562 and HepG2, creating a unique resource of RBP interactomes profiled with a standardized methodology in the same cell types. Here we describe our analysis of 223 enhanced (eCLIP) datasets characterizing 150 RBPs in K562 and HepG2 cell lines, revealing a range of binding modalities, including highly resolved positioning around splicing signals and mRNA untranslated regions that associate with distinct RBP functions. Quantification of enrichment for repetitive and abundant multi-copy elements reveals 70% of RBPs have enrichment for non-mRNA element classes, enables identification of novel ribosomal RNA processing factors and sites and suggests that association with retrotransposable elements reflects multiple RBP mechanisms of action. Analysis of spliceosomal RBPs indicates that eCLIP resolves AQR association after intronic lariat formation (enabling identification of branch points with single-nucleotide resolution) and provides genome-wide validation for a branch point-based scanning model for 3’ splice site recognition. Further, we show that eCLIP peak co-occurrences across RBPs enables the discovery of novel co-interacting RBPs. Finally, we present a protocol for visualization of RBP:RNA complexes in the eCLIP workflow using biotin and standard chemiluminescent visualization reagents, enabling simplified confirmation of ribonucleoprotein enrichment without radioactivity. This work illustrates the value of integrated analysis across eCLIP profiling of RBPs with widely distinct functions to reveal novel RNA biology. Further, our quantification of both mRNA and other element association will enable further research to identify novel roles of RBPs in regulating RNA processing.