Abstract Imprinting is a critical part of normal embryonic development in mammals, controlled by defined parent-of-origin (PofO) differentially methylated regions (DMRs) known as imprinting control regions. As we and others have shown, direct nanopore sequencing of DNA provides a mean to detect allelic methylation and to overcome the drawbacks of methylation array and short-read technologies. Here we leverage publicly-available nanopore sequence data for 12 standard B-lymphocyte cell lines to present the first genome-wide mapping of imprinted intervals in humans using this technology. We were able to phase 95% of the human methylome and detect 94% of the well-characterized imprinted DMRs. In addition, we found 28 novel imprinted DMRs (12 germline and 16 somatic), which we confirmed using whole-genome bisulfite sequencing (WGBS) data. Analysis of WGBS data in mus musculus, rhesus macaque, and chimpanzee suggested that 12 of these are conserved. We also detected subtle parental methylation bias spanning several kilobases at seven known imprinted clusters. These results expand the current state of knowledge of imprinting, with potential applications in the clinic. We have also demonstrated that nanopore long reads, can reveal imprinting using only parent-offspring trios, as opposed to the large multi - generational pedigrees that have previously been required.

ABSTRACT In the past decade there has been a growing appreciation for R-loop structures as important regulators of the epigenome, telomere maintenance, DNA repair and replication. Given these numerous functions, dozens, or potentially hundreds, of proteins could serve as direct or indirect regulators of R-loop writing, reading, and erasing. In order to understand common properties shared amongst potential R-loop binding proteins (RLBPs) we mined published proteomic studies and distilled 10 features that were enriched in RLBPs compared to the rest of the proteome. We used these RLBP-specific features along with their amino acid composition to create a random forest classifier which predicts the likelihood of a protein to bind to R-loops. In parallel, we employed a whole-genome CRISPR screen coupled with flow-cytometry using the S9.6 monoclonal antibody to sort guide RNAs associated with induction of high S9.6 staining. Known R-loop regulating pathways such as splicing and DNA damage repair are highly enriched in our datasets, and we validate two new R-loop modulating proteins. Together these resources provide a reference to pursue analyses of novel R-loop regulatory proteins.

Synovial sarcoma (SyS) is an aggressive soft-tissue malignancy characterized by a pathognomonic chromosomal translocation leading to the formation of the SS18::SSX fusion oncoprotein. SS18::SSX associates with mammalian BAF complexes suggesting deregulation of chromatin architecture as the oncogenic driver in this tumour type. To examine the epigenomic state of SyS we performed comprehensive multi-omics analysis on 52 primary pre-treatment human SyS tumours. Our analysis revealed a continuum of epigenomic states across the cohort at fusion target genes independent of rare somatic genetic lesions. We identify cell-of-origin signatures defined by enhancer states and reveal unexpected relationships between H2AK119Ub1 and active marks. The number of bivalent promoters, dually marked by the repressive H3K27me3 and activating H3K4me3 marks, has strong prognostic value and outperforms tumor grade in predicting patient outcome. Finally, we identify SyS defining epigenomic features including H3K4me3 expansion associated with striking promoter DNA hypomethylation in which SyS displays the lowest mean methylation level of any sarcoma subtype. We explore these distinctive features as potential vulnerabilities in SyS and identify H3K4me3 inhibition as a promising therapeutic strategy.

Synovial sarcoma (SyS) is driven by the expression of a chromosomal translocation-generated SS18::SSX fusion oncoprotein. This oncoprotein fuses the SSX carboxy terminal tail that binds ubiquitylated histone H2A (H2AK119ub) to the SS18 component of both canonical (CBAF) and non-canonical (GBAF, GLTSCR1-containing) BAF-family chromatin remodeling complexes, wherein SS18::SSX reprograms the epigenetic landscape. Mice that express SS18::SSX develop tumors that faithfully recapitulate human SyS histopathologically and molecularly, allowing dissection of transcriptional reprogramming in vivo. Here, we show that SS18::SSX redistributes GBAF complexes broadly to promoters and distal enhancers decorated by H2AK119ub, which uncharacteristically lack the transcription-silencing trimethylation of H3K27 that otherwise accompanies H2AK119ub. Fusion-GBAF instead associates with H2AK119ub and transcription-enabling H3K4 trimethylation (promoters), monomethylation (distal enhancers), and H3K27 acetylation (both). CBAF with the fusion redistributes away from typical loci, avoids H2AK119ub-bearing regions, and instead narrowly flanks transcription start sites (TSSs), co-distributed with polybromo BAF (PBAF). Accelerated tumorigenesis in our SyS mouse model followed deletion of Smarcb1 (PBAF and CBAF), Pbrm1 (PBAF-specific), and Arid1a or Arid1b (CBAF-specific). While tumors lacking Arid1a or Arid1b retained SyS character, loss of Smarcb1 or Pbrm1 resulted in tumors lacking SyS features. These findings suggest that SyS transcriptional reprogramming includes both improper GBAF localization and gene activation at H2AK119ub-bearing regulatory regions and improper gene silencing through loss of CBAF.

Synovial sarcoma is an aggressive soft-tissue malignancy that is characterized by a pathognomonic t(X;18)(p11.2;q11.2) translocation, which produces the fusion oncogene named SS18::SSX. Despite recent advancements in our understanding of synovial sarcoma biology, the cell-of-origin remains undefined. A mesenchymal stromal cell (MSC) specific CreERT2 line was employed to express SS18::SSX in fibroblasts and related cell types, resulting in 100% penetrant synovial sarcoma development in mice, with a median latency period of 16.2 +/- 2.5 weeks. Murine tumours exhibited high concordance with human synovial sarcoma sub-types at the histological and molecular levels. Genetic refinement of the cell-of-origin revealed that synovial sarcomas derive from a rare Hic1+ Pdgfra+ Lgr5+ fibroblastic population. Furthermore, longitudinal multi-omic profiling along the transformation continuum revealed the step-wise acquisition of a transformed phenotype initiated by the loss of a mature fibroblastic profile and subsequently, the gradual unmasking of an epigenetically embedded embryonic MSC program. Adult and embryonic MSCs exhibited overlapping H2AK119ub and H3K4me3/H3K27me3 (bivalent) histone marks, while SS18::SSX-mediated transformation culminated in the widespread loss of H3K27me3 at these genes and their consequent transcription. Collectively, these studies define a rare MSC context, conducive for SS18::SSX-mediated transformation, and demonstrate that SS tumorigenesis involves the induction and maintenance of an embryonic-like MSC phenotype.

Abstract The t(X,17) chromosomal translocation, generating the ASPSCR1-TFE3 fusion oncoprotein, is the singular genetic driver of alveolar soft part sarcoma (ASPS) and some Xp11-rearranged renal cell carcinomas (RCC), frustrating efforts to identify therapeutic targets for these rare cancers. Proteomic analysis showed that VCP/p97, an AAA+ ATPase with known segregase function, was strongly enriched in co-immunoprecipitated nuclear complexes with ASPSCR1-TFE3. We demonstrate that VCP is a likely obligate co-factor of ASPSCR1-TFE3, one of the only such fusion oncoprotein co-factors identified in cancer biology. Specifically, VCP co-distributed with ASPSCR1-TFE3 across chromatin in association with enhancers genome-wide. VCP presence, its hexameric assembly, and its enzymatic function orchestrated the oncogenic transcriptional signature of ASPSCR1-TFE3, by facilitating assembly of higher-order chromatin conformation structures as demonstrated by HiChIP. Finally, ASPSCR1-TFE3 and VCP demonstrated co-dependence for cancer cell proliferation and tumorigenesis in vitro and in ASPS and RCC mouse models, underscoring VCP’s potential as a novel therapeutic target.

ARID1A is the core DNA binding subunit of the BAF chromatin remodeling complex and is mutated in about ~8% of all cancers. The frequency of ARID1A loss varies between cancer subtypes, with clear cell ovarian carcinoma (CCOC) presenting the highest incidence at >50% of cases. Despite a growing understanding of the consequences of ARID1A-loss in cancer, there remains limited targeted therapeutic options for ARID1A-deficient cancers. Using a genome-wide CRISPR screening approach, we identify KEAP1 as a synthetic lethal partner of ARID1A in CCOC. Depletion or chemical inhibition of KEAP1 results in the selective killing of ARID1A-KO cells. While we confirm that KEAP1-NRF2 signalling is dysregulated in ARID1A-KO cells, we suggest that this synthetic lethality is not due to aberrant NRF2 signalling. Rather, we find that KEAP1 perturbation exacerbates genome instability phenotypes associated with ARID1A-deficiency. We also confirm the selective killing of ARID1A-KO cells by the KEAP1 inhibitor AI-1 in edited primary endometrial epithelial cells and organoids. Together, our findings uncover a novel therapeutic avenue for the treatment of cancers harboring ARID1A mutations.

Aim: We examined methylation changes in cell-free DNA (cfDNA) in metastatic castration resistant prostate cancer (mCRPC) during treatment. Materials and Methods: Genome-wide methylation analysis of sequentially collected cfDNA samples derived from mCRPC patients undergoing androgen-targeting therapy was performed. Results: Alterations in methylation states previously implicated in prostate cancer progression were observed and patients that maintained methylation changes throughout therapy tended to have a longer time to clinical progression (TTP). Importantly, we also report that markers associated with a highly aggressive form of the disease, Neuroendocrine-CRPC, were associated with a faster TTP. Conclusion: Our findings highlight the potential of monitoring cfDNA methylome during therapy in mCRPC, which may serve as predictive markers of response to androgen-targeting agents.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

We present Epiclomal, a probabilistic clustering method arising from a hierarchical mixture model to simultaneously cluster sparse single-cell DNA methylation data and impute missing values. Using synthetic and published single-cell CpG datasets we show that Epiclomal outperforms non-probabilistic methods and is able to handle the inherent missing data feature which dominates single-cell CpG genome sequences. Using a recently published single-cell 5mCpG sequencing method (PBAL), we show that Epiclomal discovers sub-clonal patterns of methylation in aneuploid tumour genomes, thus defining epiclones. We show that epiclones may transcend copy number determined clonal lineages, thus opening this important form of clonal analysis in cancer. Epiclomal is written in R and Python and is available at .

The somatic missense point mutation c.402C>G (p.C134W) in the FOXL2 transcription factor is pathognomonic for adult-type granulosa cell tumours (AGCT) and a diagnostic marker for this tumour type. However, the molecular consequences of this mutation and its contribution to the mechanisms of AGCT pathogenesis remain unclear. To explore the mechanisms driving FOXL2C134W pathogenicity we engineered V5-FOXL2WT and V5-FOXL2C134W inducible isogenic cell lines and performed ChIP-seq and transcriptome profiling. We found that FOXL2C134W associates with the majority of the FOXL2 WT DNA elements as well as a large collection of unique elements genome-wide. We confirmed an altered DNA binding specificity for FOXL2C134W in vitro and identified unique targets of FOXL2C134W including SLC35F2 whose expression increased sensitivity to YM155 in our model.