SUMMARY Mutational signature analysis is commonly performed in genomic studies surveying cancer and normal somatic tissues. Here we present SigProfilerExtractor, an automated tool for accurate de novo extraction of mutational signatures for all types of somatic mutations. Benchmarking with a total of 34 distinct scenarios encompassing 2,500 simulated signatures operative in more than 60,000 unique synthetic genomes and 20,000 synthetic exomes demonstrates that SigProfilerExtractor outperforms thirteen other tools across all datasets with and without noise. For genome simulations with 5% noise, reflecting high-quality genomic datasets, SigProfilerExtractor outperforms other approaches by elucidating between 20% and 50% more true positive signatures while yielding more than 5-fold less false positive signatures. Applying SigProfilerExtractor to 4,643 whole-genome sequenced and 19,184 whole-exome sequenced cancers reveals four previously missed mutational signatures. Two of the signatures are confirmed in independent cohorts with one of these signatures associating with tobacco smoking. In summary, this report provides a reference tool for analysis of mutational signatures, a comprehensive benchmarking of bioinformatics tools for extracting mutational signatures, and several novel mutational signatures including a signature putatively attributed to direct tobacco smoking mutagenesis in bladder cancer and in normal bladder epithelium.

CRISPR-Cas technologies have transformed genome-editing of experimental organisms and have immense therapeutic potential. Despite significant advances in our understanding of the CRISPR-Cas9 system, concerns remain over the potential for off-target effects. Recent studies have addressed these

SUMMARY In melanoma, transcriptional profiling has revealed multiple co-existing cell states, including proliferative versus invasive sub-populations that have been posited to represent a “go or grow” tradeoff. Both of these populations are maintained in tumors, but how they physically interact to promote metastasis is unknown. We demonstrate that these subpopulations form spatially structured heterotypic clusters that cooperate in the seeding of metastasis. We unexpectedly found that INV cells were tightly adherent to each other, and formed clusters with a rim of PRO cells. Intravital imaging demonstrated cooperation between these populations, in which the INV cells facilitated the spread of less metastatic PRO cells. We identified the TFAP2 neural crest transcription factor as a master regulator of both clustering and the PRO/INV states. Our data suggest a framework for the co-existence of these two divergent cell populations, in which differing cell states form heterotypic clusters that promote metastasis via cell-cell cooperation.

ABSTRACT Inherited defects in base-excision repair (BER) predispose to adenomatous polyposis and colorectal cancer (CRC), yet our understanding of this important DNA repair pathway remains incomplete. By combining detailed clinical, histological and molecular profiling, we reveal biallelic germline loss-of-function (LOF) variants in the BER gene MBD4 to predispose to adenomatous polyposis and –uniquely amongst CRC predisposition syndromes– to myeloid neoplasms. Neoplasms from MBD4-deficient patients almost exclusively accumulate somatic CpG>TpG mutations, resembling mutational signature SBS1. MBD4-deficient adenomas harbour mutations in known CRC driver genes, although AMER1 mutations were more common and KRAS mutations less frequent. We did not find an increased risk for colorectal tumours in individuals with a monoallelic MBD4 LOF variant. We suggest that this condition should be termed MBD4 -associated neoplasia syndrome (MANS) and that MBD4 is included in testing for the genetic diagnosis of polyposis and/or early-onset AML.

Summary Mutations in the ATM tumor suppressor confer hypersensitivity to DNA-damaging agents. To explore genetic resistance mechanisms, we performed genome-wide CRISPR-Cas9 screens in cells treated with the DNA topoisomerase poison topotecan. Thus, we establish that loss of terminal components of the non-homologous end-joining (NHEJ) machinery or the BRCA1-A complex specifically confers topotecan resistance to ATM-deficient cells. We show that hypersensitivity of ATM-mutant cells to topotecan or the poly-(ADP-ribose) polymerase inhibitor olaparib is due to delayed homologous recombination repair at DNA-replication-fork-associated double-strand breaks (DSBs), resulting in toxic NHEJ-mediated chromosome fusions. Accordingly, restoring legitimate repair in ATM-deficient cells, either by preventing NHEJ DNA ligation or by enhancing DSB-resection by BRCA1-A complex inactivation, markedly suppresses this toxicity. Our work suggests opportunities for patient stratification in ATM-deficient cancers and when using ATM inhibitors in the clinic, and identifies additional therapeutic vulnerabilities that might be exploited when such cancers evolve drug resistance. One Sentence Summary ATM counteracts toxic NHEJ at broken replication forks

Abstract The International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) systematically produces and phenotypes mouse lines with presumptive null mutations to provide insight into gene function. The IMPC now uses the programmable RNA-guided nuclease Cas9 for its increased capacity and flexibility to efficiently generate null alleles in the C57BL/6N strain. In addition to being a valuable novel and accessible research resource, the production of 3,313 knockout mouse lines using comparable protocols provides a rich dataset to analyze experimental and biological variables affecting in vivo gene engineering with Cas9. Mouse line production has two critical steps – generation of founders with the desired allele and germline transmission (GLT) of that allele from founders to offspring. A systematic evaluation of the variables impacting success rates identified gene essentiality as the primary factor influencing successful production of null alleles. Collectively, our findings provide best practice recommendations for using Cas9 to generate alleles in mouse essential genes, many of which are orthologs of genes linked to human disease.

Abstract Activation of G protein-coupled inwardly rectifying potassium (GIRK or Kir3) channels leads to membrane hyperpolarization and dampening of neuronal excitability. Here we show that the analgesic α-conotoxin Vc1.1 potentiates inwardly rectifying K + currents (I Kir ) mediated through native and recombinant GIRK1/2 channels by activation of the G protein-coupled GABA B receptor (GABA B R) via a Pertussis toxin (PTX)-sensitive G protein. Recombinant co-expression of human GIRK1/2 subunits and GABA B R in HEK293T cells resulted in a Ba 2+ -sensitive I Kir potentiated by baclofen and Vc1.1 which was inhibited by PTX, intracellular GDP-β-S, or the GABA B R-selective antagonist CGP 55845. In adult mouse DRG neurons, GABA B R-dependent GIRK channel potentiation by Vc1.1 and baclofen hyperpolarizes the cell resting membrane potential with concomitant reduction of excitability consistent with Vc1.1 and baclofen analgesic effects in vivo . This study provides new insight into Vc1.1 as an allosteric agonist for GABA B R-mediated potentiation of GIRK channels and may aid in the development of novel non-opioid treatments for chronic pain.

ABSTRACT Acid-sensing ion channels (ASICs) are transmembrane sensors of extracellular acidosis and potential drug targets in several disease indications, including neuropathic pain and cancer metastasis. The K + -sparing diuretic amiloride is a moderate non-specific inhibitor of ASICs and has been widely used as a probe for elucidating ASIC function. In this work, we screened a library of 6-substituted and 5,6-disubstituted amiloride analogs using a custom-developed automated patch-clamp protocol and identified 6-iodoamiloride as a more potent ASIC1 inhibitor. Follow-up IC 50 determinations in tsA-201 cells confirmed higher ASIC1 inhibitory potency for 6-iodoamiloride 97 (hASIC1 97 IC 50 88 nM cf. amiloride 11 IC 50 1.7 μM). A similar improvement in activity was observed in ASIC3-mediated currents from rat small diameter dorsal root ganglion neurons (rDRG single-concentration 97 IC 50 230 nM cf. 11 IC 50 2.7 μM). 6-iodoamiloride represents the amiloride analogue of choice for studying the effects of ASIC inhibition on cell physiology.

Osteocytes are master regulators of the skeleton. We map the transcriptome of osteocytes at different skeletal sites, across age and sexes in mice to reveal genes and molecular programs that control this complex cell-network. We define an osteocyte transcriptome signature, 1239 genes that distinguishes osteocytes from other cells. 77% have no known role in the skeleton. We show they are enriched for genes controlling neuronal network formation, suggesting this program is important in the osteocyte network. We evaluated 19 skeletal parameters in 733 mouse lines with functional-gene-deletions and reveal 26 osteocyte transcriptome signature genes that control bone structure and function. We showed osteocyte transcriptome signature genes are enriched for human homologues that cause monogenic skeletal dysplasias (P=6x10-17), and associated with polygenic diseases, osteoporosis (P=1.8x10-13), and osteoarthritis (P=2.6x10-6). This reveals the molecular landscape that regulates osteocyte network formation and function, and establishes the importance of osteocytes in human skeletal disease.### Competing Interest StatementT.G.P is a consultant for Imugene Pty Ltd, an Australian biotech working in cancer immunotherapy. P.I.C has funding from AMGEN for studies of cancer dormancy. Neither competing interests are the subject of this manuscript.

Abstract Sensing mechanical stimuli is crucial for the function of internal and external tissues, such as the skin and muscles. Much of our understanding of mechanosensory physiology relies on rodent studies, which may not directly translate to humans. To address the knowledge gap in human mechanosensation, we developed distinct populations of human mechanosensory neuronal subtypes from human pluripotent stem cells (hPSC). By inducing co-expression of NGN2/RUNX3 or NGN2/SHOX2 in hPSC-derived migrating neural crest cells we directed their specification to proprioceptor and low-threshold mechanoreceptor neuronal subtypes, respectively. The induced neurons exhibited transcriptional profiles consistent with mechanosensory neurons and displayed functional responses to mechanical stimuli, such as stretch and submicrometer probe indentation to the soma. Notably, each subtype displayed unique mechanical thresholds and desensitization properties akin to proprioceptors and low-threshold mechanoreceptors and both induced neuronal subtypes fired action potentials in response to minute mechanical stimuli, predominantly relying on PIEZO2 for mechanosensory function. Collectively, this study provides a foundational model for exploring human neuronal mechanosensory biology.