Somatostatin analogs are indicated for symptom control in patients with gastroenteropancreatic neuroendocrine tumors (NETs). The ability of somatostatin analogs to control the growth of well-differentiated metastatic NETs is a matter of debate. We performed a placebo-controlled, double-blind, phase IIIB study in patients with well-differentiated metastatic midgut NETs. The hypothesis was that octreotide LAR prolongs time to tumor progression and survival.Treatment-naive patients were randomly assigned to either placebo or octreotide LAR 30 mg intramuscularly in monthly intervals until tumor progression or death. The primary efficacy end point was time to tumor progression. Secondary end points were survival time and tumor response. This report is based on 67 tumor progressions and 16 observed deaths in 85 patients at the time of the planned interim analysis.Median time to tumor progression in the octreotide LAR and placebo groups was 14.3 and 6 months, respectively (hazard ratio [HR] = 0.34; 95% CI, 0.20 to 0.59; P = .000072). After 6 months of treatment, stable disease was observed in 66.7% of patients in the octreotide LAR group and 37.2% of patients in the placebo group. Functionally active and inactive tumors responded similarly. The most favorable effect was observed in patients with low hepatic tumor load and resected primary tumor. Seven and nine deaths were observed in the octreotide LAR and placebo groups, respectively. The HR for overall survival was 0.81 (95% CI, 0.30 to 2.18).Octreotide LAR significantly lengthens time to tumor progression compared with placebo in patients with functionally active and inactive metastatic midgut NETs. Because of the low number of observed deaths, survival analysis was not confirmatory.

Abstract Among the biggest challenges in the post-GWAS (genome-wide association studies) era is the interpretation of disease-associated genetic variants in non-coding genomic regions. Enhancers have emerged as key players in mediating the effect of genetic variants on complex traits and diseases. Their activity is regulated by a combination of transcription factors (TFs), epigenetic changes and genetic variants. Several approaches exist to link enhancers to their target genes, and others that infer TF-gene connections. However, we currently lack a framework that systematically integrates enhancers into TF-gene regulatory networks. Furthermore, we lack an unbiased way of assessing whether inferred regulatory interactions are biologically meaningful. Here we present two methods, implemented as user-friendly R packages: GRaNIE (Gene Regulatory Network Inference including Enhancers) for building enhancer-based gene regulatory networks (eGRNs) and GRaNPA (Gene Regulatory Network Performance Analysis) for evaluating GRNs. GRaNIE jointly infers TF-enhancer, enhancer-gene and TF-gene interactions by integrating open chromatin data such as ATAC-Seq or H3K27ac with RNA-seq across a set of samples (e.g. individuals), and optionally also Hi-C data. GRaNPA is a general framework for evaluating the biological relevance of TF-gene GRNs by assessing their performance for predicting cell-type specific differential expression. We demonstrate the power of our tool-suite by investigating gene regulatory mechanisms in macrophages that underlie their response to infection and cancer, their involvement in common genetic diseases including autoimmune diseases, and identify the TF PURA as putative regulator of pro-inflammatory macrophage polarisation. Availability - GRaNIE: https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/GRaNIE.html - GRaNPA: https://git.embl.de/grp-zaugg/GRaNPA Graphical abstract

The Integrator complex attenuates gene expression via the premature termination of RNA polymerase II (RNAP2) at promoter-proximal pausing sites. It is required for stimulus response, cell differentiation, and neurodevelopment, but how gene-specific and adaptive regulation by Integrator is achieved remains unclear. Here, we identify two sites on human Integrator subunits 13/14 that serve as binding hubs for sequence-specific transcription factors (TFs) and other transcription effector complexes. When Integrator is attached to paused RNAP2, these hubs are positioned upstream of the transcription bubble, consistent with simultaneous TF-promoter tethering. The TFs co-localize with Integrator genome-wide, increase Integrator abundance on target genes, and co-regulate responsive transcriptional programs. For instance, sensory cilia formation induced by glucose starvation depends on Integrator-TF contacts. Our data suggest TF-mediated promoter recruitment of Integrator as a widespread mechanism for targeted transcription regulation.

Abstract Bone marrow mesenchymal stromal cells (BMSCs) can differentiate into adipocytes and osteoblasts, and are important regulators of the haematopoietic system. Ageing associates with an increased ratio of bone marrow adipocytes to osteoblasts and immune dysregulation. Here, we carried out an integrative multiomics analysis of ATAC-Seq, RNA-Seq and proteomics data from primary human BMSCs in a healthy cohort age between 20 - 60. We identified age-sensitive elements uniquely affecting each molecular level where transcription is mostly spared, and characterised the underlying biological pathways, revealing the interplay of age-related gene expression mechanism changes spanning multiple gene regulatory layers. Through data integration with enhancer-mediated gene regulatory network analysis, we discovered that enhancers and transcription factors influence cell differentiation potential in the ageing BMSCs. By combining our results with genome-wide association study data, we found that age-specific changes could contribute to common traits related to BMSC-derived tissues such as bone and adipose tissue, and to immune-related traits on a systemic level such as asthma. We demonstrate here that a multiomics approach is crucial for unravelling complex information, providing new insights on how ageing contributes to bone marrow- and immune-related disorders.

ABSTRACT The Integrator complex (INT) regulates gene expression via premature transcription termination of RNA polymerase II (RNAP2) at promoter-proximal pausing sites. This attenuation of transcription is required for cellular response to external stimuli, cell differentiation and neurodevelopment. How gene-specific regulation is achieved by INT in an inducible manner remains unclear. Here, we identify two sites on INT subunits 13/14 that serve as direct binding hubs for diverse sets of sequence-specific transcription factors (TFs) and other transcription effector complexes. The TFs co-localize with INT genome-wide, increase INT abundance on target genes and co-regulate inducible transcriptional programs. Consistently, disruption of INT-TF contacts impairs sensory cilia formation in response to glucose starvation. Structural analysis places INT’s TF binding hubs upstream of the transcription bubble when attached to paused RNAP2, consistent with simultaneous TF-promoter association. Our data establish TF-mediated recruitment of INT to promoters as a widespread mechanism for targeted and inducible transcription attenuation.

Abstract Lysine-specific demethylase 1 (LSD1/KDM1A) demethylates both histone and non-histone substrates, recruits repressive chromatin complexes, and is increased in cancers. De novo LSD1 mutations impairing protein function lead to a rare developmental disorder, but the molecular details of the pathology remains unclear. Using patient-derived fibroblasts, reprogrammed pluripotent stem cells, and differentiated cells, we found over 4000 differentially expressed genes and 68 transcription factors (TFs) whose motif accessibilities changed upon LSD1 mutation. An enhancer-mediated gene regulatory network approach identified transcriptional repressors with impaired activity in fibroblast and stem cells, leading to erroneous activation of their target genes. We also revealed overall decreases in TF target gene expression during early lineage differentiation of LSD1 mutant stem cells, likely caused by increased activity of repressive histone deacetylases (HDACs), co-factors of LSD1. Indeed, an HDACs inhibitor restored changes in gene expression including downregulation phenotype. Our findings characterize the molecular pathogenesis of LSD1 mutations and suggest potential therapeutic strategies for the developmental disorder and cancers caused by LSD1 dysregulations.

ABSTRACT Recent progress in the generation of bona-fide Hematopoietic Stem and Progenitor Cells (HSPCs) in vitro and ex vivo has been built on the knowledge of developmental hematopoiesis, underscoring the importance of understanding in detail this developmental process. Here, we sought to elucidate the function of the hematopoietic regulators Tal1 , Lmo2 and Lyl1 in the Endothelial to Hematopoietic Transition (EHT), the process through which HSPCs are generated from endothelial precursors during embryogenesis. We used a mouse embryonic-stem cell (mESC)-based differentiation system to model hematopoietic development, and combined gain-of-function experiments in sorted vascular smooth muscle cells (VSM) with multi-omics to obtain mechanistic insights into the mode of action of Tal1 , Lmo2 and Lyl1 . We found that these factors promote the silencing of the VSM transcriptional program and the activation of the hematopoietic one. Through this approach and the use of a Tet-on system to control the expression of Tal1 during hematopoietic specification from mESCs, we discovered that its expression in endothelial cells is crucial for the EHT to occur.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder of unknown cause with complex genetic and environmental traits. Here, we show that gene structures of loci, that show AD-associated changes in their expression, evolve faster than the genome at large. This phylogenetic trait of AD suggests a critical pathogenetic role of recent adaptive evolution of human brain and might have far reaching consequences with respect to the appropriateness of model systems and the development of disease-modifying strategies.

Enhancers and transcription factors (TFs) are crucial in regulating cellular processes, including disease-associated cell states. Current multiomic technologies to study these elements in gene regulatory mechanisms lack multiplexing capability and scalability. Here, we present SUM-seq, a cost-effective, scalable Single-cell Ultra-high-throughput Multiomic sequencing method for co-assaying chromatin accessibility and gene expression in single nuclei. SUM-seq enables profiling hundreds of samples at the million cell scale and outperforms current high-throughput single-cell methods. We applied SUM-seq to dissect the gene regulatory mechanisms governing macrophage polarization and explored their link to traits from genome-wide association studies (GWAS). Our analyses confirmed known TFs orchestrating M1 and M2 macrophage programs, unveiled key regulators, and demonstrated extensive enhancer rewiring. Integration with GWAS data further pinpointed the impact of specific TFs on a set of immune traits. Notably, inferred enhancers regulated by the STAT1/STAT2/IRF9 (ISGF3) complex were enriched for genetic variants associated with Crohn's disease, ulcerative colitis and multiple sclerosis, and their target genes included known drug targets. This highlights the potential of SUM-seq for dissecting molecular disease mechanisms. SUM-seq offers a cost-effective, scalable solution for ultra-high-throughput single-cell multiomic sequencing, excelling in unraveling complex gene regulatory networks in cell differentiation, responses to perturbations, and disease studies.

Summary CD4+ T cells play a crucial role in adaptive immune responses and have been implicated in the pathogenesis of autoimmune diseases (ADs). Despite numerous studies, the molecular mechanisms underlying T cell dysregulation in ADs remain incompletely understood. Here, we used transcriptomic and epigenomic data from CD4+ T cells of healthy donors and patients with systemic lupus erythematosus (SLE), psoriasis, juvenile idiopathic arthritis (JIA), and Graves’ disease to investigate the role of enhancers in AD pathogenesis. By generating enhancer-based gene regulatory networks (eGRNs), we identified disease-specific dysregulated pathways and potential downstream target genes of enhancers harbouring AD-associated single-nucleotide polymorphisms, which we also validated using CRISPRi in primary CD4+ T cells. Our results suggest that alterations in the regulatory landscapes of CD4+ T cells, including enhancers, contribute to the development of ADs and provide a basis for developing new therapeutic approaches.