The miRBase database aims to provide integrated interfaces to comprehensive microRNA sequence data, annotation and predicted gene targets. miRBase takes over functionality from the microRNA Registry and fulfils three main roles: the miRBase Registry acts as an independent arbiter of microRNA gene nomenclature, assigning names prior to publication of novel miRNA sequences. miRBase Sequences is the primary online repository for miRNA sequence data and annotation. miRBase Targets is a comprehensive new database of predicted miRNA target genes. miRBase is available at http://microrna.sanger.ac.uk/.

miRBase is the central online repository for microRNA (miRNA) nomenclature, sequence data, annotation and target prediction. The current release (10.0) contains 5071 miRNA loci from 58 species, expressing 5922 distinct mature miRNA sequences: a growth of over 2000 sequences in the past 2 years. miRBase provides a range of data to facilitate studies of miRNA genomics: all miRNAs are mapped to their genomic coordinates. Clusters of miRNA sequences in the genome are highlighted, and can be defined and retrieved with any inter-miRNA distance. The overlap of miRNA sequences with annotated transcripts, both protein- and non-coding, are described. Finally, graphical views of the locations of a wide range of genomic features in model organisms allow for the first time the prediction of the likely boundaries of many miRNA primary transcripts. miRBase is available at http://microrna.sanger.ac.uk/.

MicroRNAs are a class of small RNAs that are increasingly being recognized as important regulators of gene expression. Although hundreds of microRNAs are present in the mammalian genome, genetic studies addressing their physiological roles are at an early stage. We have shown that mice deficient for bic/microRNA-155 are immunodeficient and display increased lung airway remodeling. We demonstrate a requirement of bic/microRNA-155 for the function of B and T lymphocytes and dendritic cells. Transcriptome analysis of bic/microRNA-155 –deficient CD4 + T cells identified a wide spectrum of microRNA-155–regulated genes, including cytokines, chemokines, and transcription factors. Our work suggests that bic/microRNA-155 plays a key role in the homeostasis and function of the immune system.

MicroRNAs (miRNAs) comprise 1 to 3% of all vertebrate genes, but their in vivo functions and mechanisms of action remain largely unknown. Zebrafish miR-430 is expressed at the onset of zygotic transcription and regulates morphogenesis during early development. By using a microarray approach and in vivo target validation, we find that miR-430 directly regulates several hundred target messenger RNA molecules (mRNAs). Most targets are maternally expressed mRNAs that accumulate in the absence of miR-430. We also show that miR-430 accelerates the deadenylation of target mRNAs. These results suggest that miR-430 facilitates the deadenylation and clearance of maternal mRNAs during early embryogenesis.

A discrete uncoupling process for finite spaces is introduced, called the Markov Cluster Process or the MCL process. The process is the engine for the graph clustering algorithm called the MCL algorithm. The MCL process takes a stochastic matrix as input, and then alternates expansion and inflation, each step defining a stochastic matrix in terms of the previous one. Expansion corresponds with taking the kth power of a stochastic matrix, where $k\in\N$. Inflation corresponds with a parametrized operator $\Gamma_r$, $r\geq 0$, that maps the set of (column) stochastic matrices onto itself. The image $\Gamma_r M$ is obtained by raising each entry in M to the rth power and rescaling each column to have sum 1 again. In practice the process converges very fast towards a limit that is invariant under both matrix multiplication and inflation, with quadratic convergence around the limit points. The heuristic behind the process is its expected behavior for (Markov) graphs possessing cluster structure. The process is typically applied to the matrix of random walks on a given graph G, and the connected components of (the graph associated with) the process limit generically allow a clustering interpretation of G. The limit is in general extremely sparse and iterands are sparse in a weighted sense, implying that the MCL algorithm is very fast and highly scalable. Several mathematical properties of the MCL process are established. Most notably, the process (and algorithm) iterands posses structural properties generalizing the mapping from process limits onto clusterings. The inflation operator $\Gamma_r$ maps the class of matrices that are diagonally similar to a symmetric matrix onto itself. The phrase diagonally positive semi-definite (dpsd) is used for matrices that are diagonally similar to a positive semi-definite matrix. For $r\in\N$ and for M a stochastic dpsd matrix, the image $\Gamma_r M$ is again dpsd. Determinantal inequalities satisfied by a dpsd matrix M imply a natural ordering among the diagonal elements of M, generalizing the mapping of process limits onto clusterings. The spectrum of $\Gamma_{\infty} M$ is of the form $\{0^{n-k}, 1^k\}$, where k is the number of endclasses of the ordering associated with M, and n is the dimension of M. This attests to the uncoupling effect of the inflation operator.

Abstract Analysis of human blood immune cells provides insights into the coordinated response to viral infections such as severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, which causes coronavirus disease 2019 (COVID-19). We performed single-cell transcriptome, surface proteome and T and B lymphocyte antigen receptor analyses of over 780,000 peripheral blood mononuclear cells from a cross-sectional cohort of 130 patients with varying severities of COVID-19. We identified expansion of nonclassical monocytes expressing complement transcripts ( CD16 + C1QA/B/C + ) that sequester platelets and were predicted to replenish the alveolar macrophage pool in COVID-19. Early, uncommitted CD34 + hematopoietic stem/progenitor cells were primed toward megakaryopoiesis, accompanied by expanded megakaryocyte-committed progenitors and increased platelet activation. Clonally expanded CD8 + T cells and an increased ratio of CD8 + effector T cells to effector memory T cells characterized severe disease, while circulating follicular helper T cells accompanied mild disease. We observed a relative loss of IgA2 in symptomatic disease despite an overall expansion of plasmablasts and plasma cells. Our study highlights the coordinated immune response that contributes to COVID-19 pathogenesis and reveals discrete cellular components that can be targeted for therapy.

MCL is a general purpose cluster algorithm for both weighted and unweighted networks. The algorithm utilises network topology as well as edge weights, is highly scalable and has been applied in a wide variety of bioinformatic methods. In this chapter, we give protocols and case studies for clustering of networks derived from, respectively, protein sequence similarities and gene expression profile correlations.

New sequencing technologies pose significant challenges in terms of data complexity and magnitude. It is essential that efficient software is developed with performance that scales with this growth in sequence information. Here we present a comprehensive and integrated set of tools for the analysis of data from large scale sequencing experiments. It supports adapter detection and removal, demultiplexing of barcodes, paired-end data, a range of read architectures and the efficient removal of sequence redundancy. Sequences can be trimmed and filtered based on length, quality and complexity. Quality control plots track sequence length, composition and summary statistics with respect to genomic annotation. Several use cases have been integrated into a single streamlined pipeline, including both mRNA and small RNA sequencing experiments. This pipeline interfaces with existing tools for genomic mapping and differential expression analysis.

The Human Cell Atlas is a large international collaborative effort to map all cell types of the human body. Single-cell RNA sequencing can generate high-quality data for the delivery of such an atlas. However, delays between fresh sample collection and processing may lead to poor data and difficulties in experimental design.This study assesses the effect of cold storage on fresh healthy spleen, esophagus, and lung from ≥ 5 donors over 72 h. We collect 240,000 high-quality single-cell transcriptomes with detailed cell type annotations and whole genome sequences of donors, enabling future eQTL studies. Our data provide a valuable resource for the study of these 3 organs and will allow cross-organ comparison of cell types. We see little effect of cold ischemic time on cell yield, total number of reads per cell, and other quality control metrics in any of the tissues within the first 24 h. However, we observe a decrease in the proportions of lung T cells at 72 h, higher percentage of mitochondrial reads, and increased contamination by background ambient RNA reads in the 72-h samples in the spleen, which is cell type specific.In conclusion, we present robust protocols for tissue preservation for up to 24 h prior to scRNA-seq analysis. This greatly facilitates the logistics of sample collection for Human Cell Atlas or clinical studies since it increases the time frames for sample processing.

Abstract The cellular landscape of the human intestinal tract is dynamic throughout life, developing in utero and changing in response to functional requirements and environmental exposures. Here, to comprehensively map cell lineages, we use single-cell RNA sequencing and antigen receptor analysis of almost half a million cells from up to 5 anatomical regions in the developing and up to 11 distinct anatomical regions in the healthy paediatric and adult human gut. This reveals the existence of transcriptionally distinct BEST4 epithelial cells throughout the human intestinal tract. Furthermore, we implicate IgG sensing as a function of intestinal tuft cells. We describe neural cell populations in the developing enteric nervous system, and predict cell-type-specific expression of genes associated with Hirschsprung’s disease. Finally, using a systems approach, we identify key cell players that drive the formation of secondary lymphoid tissue in early human development. We show that these programs are adopted in inflammatory bowel disease to recruit and retain immune cells at the site of inflammation. This catalogue of intestinal cells will provide new insights into cellular programs in development, homeostasis and disease.