We describe Hi-C, a method that probes the three-dimensional architecture of whole genomes by coupling proximity-based ligation with massively parallel sequencing. We constructed spatial proximity maps of the human genome with Hi-C at a resolution of 1 megabase. These maps confirm the presence of chromosome territories and the spatial proximity of small, gene-rich chromosomes. We identified an additional level of genome organization that is characterized by the spatial segregation of open and closed chromatin to form two genome-wide compartments. At the megabase scale, the chromatin conformation is consistent with a fractal globule, a knot-free, polymer conformation that enables maximally dense packing while preserving the ability to easily fold and unfold any genomic locus. The fractal globule is distinct from the more commonly used globular equilibrium model. Our results demonstrate the power of Hi-C to map the dynamic conformations of whole genomes.

Respiratory immune characteristics associated with Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) severity are currently unclear. We characterized bronchoalveolar lavage fluid immune cells from patients with varying severity of COVID-19 and from healthy people by using single-cell RNA sequencing. Proinflammatory monocyte-derived macrophages were abundant in the bronchoalveolar lavage fluid from patients with severe COVID-9. Moderate cases were characterized by the presence of highly clonally expanded CD8+ T cells. This atlas of the bronchoalveolar immune microenvironment suggests potential mechanisms underlying pathogenesis and recovery in COVID-19.

Macrophages are critical for innate immune defense and also control organ homeostasis in a tissue-specific manner. They provide a fitting model to study the impact of ontogeny and microenvironment on chromatin state and whether chromatin modifications contribute to macrophage identity. Here, we profile the dynamics of four histone modifications across seven tissue-resident macrophage populations. We identify 12,743 macrophage-specific enhancers and establish that tissue-resident macrophages have distinct enhancer landscapes beyond what can be explained by developmental origin. Combining our enhancer catalog with gene expression profiles and open chromatin regions, we show that a combination of tissue- and lineage-specific transcription factors form the regulatory networks controlling chromatin specification in tissue-resident macrophages. The environment is capable of shaping the chromatin landscape of transplanted bone marrow precursors, and even differentiated macrophages can be reprogramed when transferred into a new microenvironment. These results provide a comprehensive view of macrophage regulatory landscape and highlight the importance of the microenvironment, along with pioneer factors in orchestrating identity and plasticity.

Although thousands of large intergenic non-coding RNAs (lincRNAs) have been identified in mammals, few have been functionally characterized, leading to debate about their biological role. To address this, we performed loss-of-function studies on most lincRNAs expressed in mouse embryonic stem (ES) cells and characterized the effects on gene expression. Here we show that knockdown of lincRNAs has major consequences on gene expression patterns, comparable to knockdown of well-known ES cell regulators. Notably, lincRNAs primarily affect gene expression in trans. Knockdown of dozens of lincRNAs causes either exit from the pluripotent state or upregulation of lineage commitment programs. We integrate lincRNAs into the molecular circuitry of ES cells and show that lincRNA genes are regulated by key transcription factors and that lincRNA transcripts bind to multiple chromatin regulatory proteins to affect shared gene expression programs. Together, the results demonstrate that lincRNAs have key roles in the circuitry controlling ES cell state. Mammalian genomes encode many classes of RNA that do not correspond to messenger (protein-coding) RNAs, transfer RNAs or ribosomal RNAs. Whether these non-coding RNAs have a function, and what that might be, remain outstanding questions. Lander and colleagues have performed a systematic loss-of-function analysis of the long intergenic non-coding RNAs (lincRNAs) in mouse embryonic stem cells. Some of these are found to affect known regulators of the pluripotent state, indicating that they are functional. This work sets the stage for experiments to determine the precise mechanistic roles of lincRNAs.

mRNA modification regulates pluripotency When stem cells progress from an embryonic pluripotent state toward a particular lineage, molecular switches dismantle the transcription factor network that keeps the cell pluripotent. Geula et al. now show that N6-methyladenosine (m6A), a messenger RNA (mRNA) modification present on transcripts of pluripotency factors, drives this transition. Methylation destabilized mRNA transcripts and limited their translation efficiency, which promoted the timely decay of naïve pluripotency. This m6A methylation was also critical for mammalian development. Science , this issue p. 1002