Abstract Tracking active transcription with the nuclear run-on (NRO) assays has been instrumental in uncovering mechanisms of gene regulation. The coupling of NROs with high-throughput sequencing has facilitated the discovery of previously unannotated or undetectable RNA classes genome-wide. Precision run-on sequencing (PRO-seq) is a run-on variant that maps polymerase active sites with nucleotide or near-nucleotide resolution. One main drawback to this and many other nascent RNA detection methods is the somewhat intimidating multi-day workflow associated with creating the libraries suitable for high-throughput sequencing. Here, we present an improved PRO-seq protocol where many of the enzymatic steps are carried out while the biotinylated NRO RNA remains bound to streptavidin-coated magnetic beads. These adaptations reduce time, sample loss and RNA degradation, and we demonstrate that the resulting libraries are of the same quality as libraries generated using the original published protocol. The assay is also more sensitive which permits reproducible, high-quality libraries from 10 4 –10 5 cells instead of 10 6 –10 7 . Altogether, the improved protocol is more tractable allows for nascent RNA profiling from small samples, such as rare samples or FACS sorted cell populations.

RNA Polymerase II (Pol II) is a multi-subunit complex that undergoes covalent modifications as transcription proceeds through genes and enhancers. Rate-limiting steps of transcription control Pol II recruitment, site and degree of initiation, pausing duration, productive elongation, nascent transcript processing, transcription termination, and Pol II recycling. Here, we developed Precision Run-On coupled to Immuno-Precipitation sequencing (PRO-IP-seq) and tracked phosphorylation of Pol II C-terminal domain (CTD) at nucleotide-resolution. We uncovered precise positional control of Pol II CTD phosphorylation as transcription proceeds from the initiating nucleotide, through early and late promoter-proximal pause, and into productive elongation. Pol II CTD was predominantly unphosphorylated in the early pause-region, whereas serine-2- and serine-5-phosphorylations occurred preferentially in the later pause-region. Serine-7-phosphorylation dominated after the pause-release in a region where Pol II accelerates to its full elongational speed. Interestingly, tracking transcription upon heat-induced reprogramming demonstrated that Pol II with phosphorylated CTD remains paused on heat-repressed genes.