Mutations in the tumour suppressor gene BRCA1 lead to breast and/or ovarian cancer. Here we show that loss of Brca1 in mice results in transcriptional de-repression of the tandemly repeated satellite DNA. Brca1 deficiency is accompanied by a reduction of condensed DNA regions in the genome and loss of ubiquitylation of histone H2A at satellite repeats. BRCA1 binds to satellite DNA regions and ubiquitylates H2A in vivo. Ectopic expression of H2A fused to ubiquitin reverses the effects of BRCA1 loss, indicating that BRCA1 maintains heterochromatin structure via ubiquitylation of histone H2A. Satellite DNA de-repression was also observed in mouse and human BRCA1-deficient breast cancers. Ectopic expression of satellite DNA can phenocopy BRCA1 loss in centrosome amplification, cell-cycle checkpoint defects, DNA damage and genomic instability. We propose that the role of BRCA1 in maintaining global heterochromatin integrity accounts for many of its tumour suppressor functions. The BRCA1 protein is a tumour suppressor associated with hereditary breast and ovarian cancer. Inder Verma and colleagues now describe a previously unknown function for BRCA1 that could be relevant to cancer causation. BRCA1 deficiency in mice is shown to impair the integrity of constitutive heterochromatin and to disrupt gene silencing at satellite repeat regions through the loss of ubiquitylation of histone H2A. Abnormal transcription of satellite repeats also occurs in human breast cancer samples deficient in BRCA1, a possible cause of genomic instability and thereby tumorigenesis.

We have developed a cancer model of gliomas in human cerebral organoids that allows direct observation of tumor initiation as well as continuous microscopic observations. We used CRISPR/Cas9 technology to target an HRasG12V-IRES-tdTomato construct by homologous recombination into the TP53 locus. Results show that transformed cells rapidly become invasive and destroy surrounding organoid structures, overwhelming the entire organoid. Tumor cells in the organoids can be orthotopically xenografted into immunodeficient NOD/SCID IL2RG−/− animals, exhibiting an invasive phenotype. Organoid-generated putative tumor cells show gene expression profiles consistent with mesenchymal subtype human glioblastoma. We further demonstrate that human-organoid-derived tumor cell lines or primary human-patient-derived glioblastoma cell lines can be transplanted into human cerebral organoids to establish invasive tumor-like structures. Our results show potential for the use of organoids as a platform to test human cancer phenotypes that recapitulate key aspects of malignancy.

Abstract Background Microarray analysis and 454 cDNA sequencing were used to investigate a centuries-old problem in regenerative biology: the basis of nerve-dependent limb regeneration in salamanders. Innervated (NR) and denervated (DL) forelimbs of Mexican axolotls were amputated and transcripts were sampled after 0, 5, and 14 days of regeneration. Results Considerable similarity was observed between NR and DL transcriptional programs at 5 and 14 days post amputation (dpa). Genes with extracellular functions that are critical to wound healing were upregulated while muscle-specific genes were downregulated. Thus, many processes that are regulated during early limb regeneration do not depend upon nerve-derived factors. The majority of the transcriptional differences between NR and DL limbs were correlated with blastema formation; cell numbers increased in NR limbs after 5 dpa and this yielded distinct transcriptional signatures of cell proliferation in NR limbs at 14 dpa. These transcriptional signatures were not observed in DL limbs. Instead, gene expression changes within DL limbs suggest more diverse and protracted wound-healing responses. 454 cDNA sequencing complemented the microarray analysis by providing deeper sampling of transcriptional programs and associated biological processes. Assembly of new 454 cDNA sequences with existing expressed sequence tag (EST) contigs from the Ambystoma EST database more than doubled (3935 to 9411) the number of non-redundant human- A. mexicanum orthologous sequences. Conclusion Many new candidate gene sequences were discovered for the first time and these will greatly enable future studies of wound healing, epigenetics, genome stability, and nerve-dependent blastema formation and outgrowth using the axolotl model.

Abstract The SARS-CoV2 coronavirus responsible for the current COVID19 pandemic has been reported to have a relatively low mutation rate. Nevertheless, a few prevalent variants have arisen that give the appearance of undergoing positive selection as they are becoming increasingly widespread over time. Most prominent among these is the D614G amino acid substitution in the SARS-CoV2 Spike protein, which mediates viral entry. The D614G substitution, however, is in linkage disequilibrium with the ORF1b P314L mutation where both mutations almost invariably co-occur, making functional inferences problematic. In addition, the possibility of repeated new introductions of the mutant strain does not allow one to distinguish between a founder effect and an intrinsic genetic property of the virus. Here, we synthesized and expressed the WT and D614G variant SARS-Cov2 Spike protein, and report that using a SARS-CoV2 Spike protein pseudotyped lentiviral vector we observe that the D614G variant Spike has >1/2 log 10 increased infectivity in human cells expressing the human ACE2 protein as the viral receptor. The increased binding/fusion activity of the D614G Spike protein was corroborated in a cell fusion assay using Spike and ACE2 proteins expressed in different cells. These results are consistent with the possibility that the Spike D614G mutant increases the infectivity of SARS-CoV2.

Abstract The optical refractive index of cellular components is generally not a property considered amenable to manipulation in microscopy as this is an intrinsic physical property of materials. Here we show that by targeting cephalopod reflectin protein nanoparticles one can manipulate the optical refractive index of mammalian cellular compartments. We further demonstrate that refractive index alteration based contrast agents can be utilized for dark field microscopy and quantitative phase contrast holotomography. Additionally we have molecularly cloned novel reflectins with improved and novel optical properties.

Abstract Opioid-induced respiratory depression (OIRD) causes death following an opioid overdose, yet the neurobiological mechanisms of this process are not well understood. Here, we show that neurons within the lateral parabrachial nucleus that express the μ-opioid receptor (PBL Oprm1 neurons) are involved in OIRD pathogenesis. PBL Oprm1 neuronal activity is tightly correlated with respiratory rate, and this correlation is abolished following morphine injection. Chemogenetic inactivation of PBL Oprm1 neurons mimics OIRD in mice, whereas their chemogenetic activation following morphine injection rescues respiratory rhythms to baseline levels. We identified several excitatory G-protein coupled receptors expressed by PBL Oprm1 neurons and show that agonists for these receptors restore breathing rates in mice experiencing OIRD. Thus, PBL Oprm1 neurons are critical for OIRD pathogenesis, providing a promising therapeutic target for treating OIRD in patients.

Alleviating pain with controlled breathing has been practiced throughout human history. Despite its wide use and long history, a neural circuit-based understanding of the pain-breathing interaction is largely lacking. Here we report a novel breathing circuit that regulates non-homeostatic breathing rhythm, as well as pain and anxiety. We identify that a cluster of neurons expressing the Oprm1 gene, which encodes the μ-opioid receptor (MOR) in the lateral subdivision of parabrachial nucleus (PBL Oprm1 ), directly regulates breathing rates in mice by conveying signals from the limbic areas to respiratory rhythm generating neurons in the medullary preBötzinger Complex (preBötC). In addition, we found that pain signals rapidly increase breathing rate by activating these neurons in both awake and anesthetized mice. Inactivating these neurons not only decreases the breathing rate, but it also substantially decreases anxiety-like behaviors and induces strong appetitive behaviors. Furthermore, PBL Oprm1 inactivation alleviates pain by attenuating the perception of the affective-motivational aspect of pain. These results suggest that PBL Oprm1 neurons play a critical role in the non-homeostatic regulation of breathing and in the regulation of pain and anxiety through breathing.