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.

Abstract Mounting evidence suggests that enhancer RNA (eRNA) transcription start sites (TSSs) provide higher sensitivity and specificity for enhancer identification than histone modifications and chromatin accessibility. The extent to which changes in eRNA transcription correspond to changes in enhancer activity, however, remains unclear. Here, we used precision run-on and capped RNA sequencing (PRO-cap) to assess changes in enhancer activity in response to treatment with the androgen receptor signaling inhibitor, enzalutamide (ENZ). We identified 6,189 high-confidence candidate enhancers in the human prostate cancer cell line, LNCaP; 853 of which demonstrated significant changes in activity in response to drug treatment. Notably, we found that 67% and 54% of drug-responsive enhancers did not show similar changes in activity in previous studies that utilized ChIP-seq and ATAC-seq, respectively. Strikingly, 79% of regions with increased eRNA transcription showed no other biochemical alterations, implying that PRO-cap can capture a set of precise changes in enhancer activity that classical approaches lack the sensitivity to detect. We performed in vivo functional validations of candidate enhancers and found that CRISPRi targeting of PRO-cap-specific drug-responsive enhancers impaired ENZ regulation of downstream target genes, suggesting that changes in eRNA TSSs mark true biological changes in enhancer activity with high sensitivity. Our study highlights the utility of using PRO-cap as a complementary approach to canonical biochemical methods for detecting precise changes in enhancer activity and, in particular, for better understanding disease progression and responses to treatment.