Summary Prolonged SARS-CoV-2 RNA shedding and recurrence of PCR-positive tests have been widely reported in patients after recovery, yet these patients most commonly are non-infectious 1–14 . Here we investigated the possibility that SARS-CoV-2 RNAs can be reverse-transcribed and integrated into the human genome and that transcription of the integrated sequences might account for PCR-positive tests. In support of this hypothesis, we found chimeric transcripts consisting of viral fused to cellular sequences in published data sets of SARS-CoV-2 infected cultured cells and primary cells of patients, consistent with the transcription of viral sequences integrated into the genome. To experimentally corroborate the possibility of viral retro-integration, we describe evidence that SARS-CoV-2 RNAs can be reverse transcribed in human cells by reverse transcriptase (RT) from LINE-1 elements or by HIV-1 RT, and that these DNA sequences can be integrated into the cell genome and subsequently be transcribed. Human endogenous LINE-1 expression was induced upon SARS-CoV-2 infection or by cytokine exposure in cultured cells, suggesting a molecular mechanism for SARS-CoV-2 retro-integration in patients. This novel feature of SARS-CoV-2 infection may explain why patients can continue to produce viral RNA after recovery and suggests a new aspect of RNA virus replication.

Abstract Driven by the recent advances of next generation sequencing (NGS) technologies and an urgent need to decode complex human diseases, a multitude of large-scale studies were conducted recently that have resulted in an unprecedented volume of whole transcriptome sequencing (RNA-seq) data. While these data offer new opportunities to identify the mechanisms underlying disease, the comparison of data from different sources poses a great challenge, due to differences in sample and data processing. Here, we present a pipeline that processes and unifies RNA-seq data from different studies, which includes uniform realignment and gene expression quantification as well as batch effect removal. We find that uniform alignment and quantification is not sufficient when combining RNA-seq data from different sources and that the removal of other batch effects is essential to facilitate data comparison. We have processed data from the Genotype Tissue Expression project (GTEx) and The Cancer Genome Atlas (TCGA) and have successfully corrected for study-specific biases, enabling comparative analysis across studies. The normalized data are available for download via GitHub (at https://github.com/mskcc/RNAseqDB ).

SARS-CoV-2 sequences can be reverse-transcribed and integrated into the genomes of virus-infected cells by a LINE1-mediated retrotransposition mechanism. Whole genome sequencing (WGS) methods detected retrotransposed SARS-CoV-2 subgenomic sequences in virus-infected cells overexpressing LINE1, while an enrichment method (TagMap) identified retrotranspositions in cells that did not overexpress LINE1. LINE1 overexpression increased retrotranspositions about 1,000-fold as compared to non-overexpressing cells. Nanopore WGS can directly recover retrotransposed viral and flanking host sequences but its sensitivity depends on the depth of sequencing (a typical 20-fold sequencing depth would only examine 10 diploid cell equivalents). In contrast, TagMap enriches for the host-virus junctions and can interrogate up to 20,000 cells and is able to detect rare viral retrotranspositions in LINE1 non-overexpressing cells. Although Nanopore WGS is 10 - 20-fold more sensitive per tested cell, TagMap can interrogate 1,000 - 2,000-fold more cells and therefore can identify infrequent retrotranspositions. When comparing SARS-CoV-2 infection and viral nucleocapsid mRNA transfection by TagMap, retrotransposed SARS-CoV-2 sequences were only detected in infected but not in transfected cells. Retrotransposition in virus-infected in contrast to transfected cells may be facilitated because virus infection in contrast to viral RNA transfection results in significantly higher viral RNA levels and stimulates LINE1-expression which causes cellular stress.

While nuclear compartmentalization is an essential feature of three-dimensional genome organization, no genomic method exists for measuring chromosome distances to defined nuclear structures. Here we describe TSA-Seq, a new mapping method able to estimate mean chromosomal distances from nuclear speckles genome-wide and predict several Mbp chromosome trajectories between nuclear compartments without sophisticated computational modeling. Ensemble-averaged results reveal a clear nuclear lamina to speckle axis correlated with a striking spatial gradient in genome activity. This gradient represents a convolution of multiple, spatially separated nuclear domains, including two types of transcription "hot-zones". Transcription hot-zones protruding furthest into the nuclear interior and positioning deterministically very close to nuclear speckles have higher numbers of total genes, the most highly expressed genes, house-keeping genes, genes with low transcriptional pausing, and super-enhancers. Our results demonstrate the capability of TSA-Seq for genome-wide mapping of nuclear structure and suggest a new model for nuclear spatial organization of transcription.

Chromosomes segregate differentially relative to distinct subnuclear structures, but this genome-wide compartmentalization, pivotal for modulating genome function, remains poorly understood. New genomic mapping methods can reveal chromosome positioning relative to specific nuclear structures. However, computational methods that integrate their results to identify overall intranuclear chromosome positioning have not yet been developed. We report SPIN, a new method to identify genome-wide nuclear spatial localization patterns. As a proof-of-principle, we use SPIN to integrate nuclear compartment mapping (TSA-seq and DamID) and chromatin interaction data (Hi-C) from K562 cells to identify 10 spatial compartmentalization states genome-wide relative to nuclear speckles, lamina, and nucleoli. These SPIN states show novel patterns of genome spatial organization and their relation to genome function (transcription and replication timing). Comparisons of SPIN states with Hi-C subcompartments and lamina-associated domains (LADs) from multiple cell types suggest constitutive compartmentalization patterns. By integrating different readouts of higher-order genome organization, SPIN provides critical insights into nuclear spatial and functional compartmentalization.

Abstract Genome differential positioning within interphase nuclei remains poorly explored. We extended and validated TSA-seq to map genomic regions near nucleoli and pericentric heterochromatin in four human cell lines. Our study confirmed that smaller chromosomes localize closer to nucleoli but further deconvolved this by revealing a preference for chromosome arms below 36-46 Mbp in length. We identified two lamina associated domain subsets through their differential nuclear lamina versus nucleolar positioning in different cell lines which showed distinctive patterns of DNA replication timing and gene expression across all cell lines. Unexpectedly, active, nuclear speckle-associated genomic regions were found near typically repressive nuclear compartments, which is attributable to the close proximity of nuclear speckles and nucleoli in some cell types, and association of centromeres with nuclear speckles in hESCs. Our study points to a more complex and variable nuclear genome organization than suggested by current models, as revealed by our TSA-seq methodology.

2-(3,4-Dichlorophenoxy) triethylamine (DCPTA) regulates many aspects of plant development; however, its effects on soil drought tolerance are unknown. We pre-treated maize (Zea mays L.) by foliar application of DCPTA and subsequently exposed the plants to soil drought and rewatering conditions during the pre-female inflorescence emergence stage. Exogenous DCPTA significantly alleviated drought-induced decreases in maize yield, shoot and root relative growth rate (RGR), leaf relative water content (RLWC), net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs) and transpiration rate (Tr), nitrate (NO3-), nitrite (NO2-), and soluble protein contents, and nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NiR), isocitrate dehydrogenase (ICDH), alanine aminotransferase (AlaAT) and aspartate aminotransferase (AspAT) activities; increases in the intercellular CO2 concentration (Ci), the ammonium (NH4+) and free amino acid contents, and the glutamate dehydrogenase (GDH) and protease activities. Simultaneously, exogenous DCPTA improved the spatial and temporal distribution of roots and increased the root hydraulic conductivity (Lp), flow rate of root-bleeding sap and NO3- delivery rates. Moreover, Exogenous DCPTA protected the chloroplast structure from drought injury. Taken together, our results suggest that exogenous DCPTA mitigates the repressive effects of drought on N metabolism and subsequently enhances drought tolerance during the pre-female inflorescence emergence stage of maize.

Nuclear organization has an important role in determining genome function; however, it is not clear how spatiotemporal organization of the genome relates to functionality. To elucidate this relationship, a high-throughput method for tracking any locus of interest is desirable. Here, we report an efficient and scalable method named SHACKTeR (Short Homology and CRISPR/Cas9-mediated Knock-in of a TetO Repeat) for live cell imaging of specific chromosomal regions. Compared to alternatives, our method does not require a nearby repetitive sequence and it requires only two modifications to the genome: CRISPR/Cas9-mediated knock-in of an optimized TetO repeat and its visualization by TetR-EGFP expression. Our simplified knock-in protocol, utilizing short homology arms integrated by PCR, was successful at labeling 9 different loci in HCT116 cells with up to 20% efficiency. These loci included both nuclear speckle-associated, euchromatin regions and nuclear lamina-associated, heterochromatin regions. We anticipate the general applicability and scalability of our method will enhance causative analyses between gene function and compartmentalization in a high-throughput manner.

Plasmacytoid dendritic cells (pDCs) are the major source of type I interferons (IFN-I) in rapid response to viral infections, with constitutive expression of interferon regulatory factor 7 (IRF7). HIV-1 expresses several accessory proteins to counteract specific IFN-induced host restriction factors. As one abundant virion-associated protein, HIV-1 Vpr remains enigmatic in enhancing HIV-1 infection via unclear mechanisms. Here we report that Vpr impaired IFN-I induction in pDCs to enhance HIV-1 replication in CD4+ T cells. Blockade of IFN-I signaling abrogated the effect of Vpr on HIV-1 replication. Virion-associated Vpr suppressed IFN-I induction in pDC by TLR7 agonists. Modulation of IFN-I induction by Vpr was genetically dependent on its activity of TET2 degradation. We further demonstrate that Vpr-mediated TET2 degradation reduced expression of IRF7 in pDCs. Finally, degradation of TET2 in pDCs by Vpr reduced the demethylation level of the IRF7 promoter via CXXC5-dependent recruitment. We conclude that HIV-1 Vpr functions to promote HIV-1 replication by suppressing TET2-dependent IRF7 expression and IFN-I induction in pDCs. The Vpr-TET2-IRF7 axis provides a novel therapeutic target to control HIV-1 infection.

We investigated tumor-cell-intrinsic chromatin accessibility patterns of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) by ATAC-seq on EpCAM+ PDAC malignant epithelial cells, sorted from 54 freshly resected human tumors, and discovered a signature of 1092 chromatin loci displaying differential accessibility between patients with disease free survival (DFS) < 1 year and patients with DFS > 1 year. Analyzing transcription factor (TF) binding motifs within these loci, we identified two TFs (ZKSCAN1 and HNF1b) displaying differential nuclear localization between patients with short vs. long DFS. We further developed a novel chromatin accessibility microarray methodology termed ATAC-Array, an easy-to-use platform obviating the time and cost of next generation sequencing. Applying this novel methodology to the original ATAC-seq libraries as well as independent libraries generated from patient-derived organoids, we validated ATAC-array technology in both the original ATAC-Seq cohort as well as in an independent validation cohort. We conclude that PDAC prognosis can be predicted by ATAC-array, which represents a novel, low-cost, clinically feasible technology for assessing chromatin accessibility profiles.