ABSTRACT Background & Aims Transcription termination fine tunes gene expression and contributes to specify the function of RNAs in eukaryotic cells. Transcription termination of hepatitis B virus (HBV) is subjected to the recognition of the canonical polyadenylation signal (cPAS) common to all viral transcripts. The regulation of the usage of this cPAS and its impact on viral gene expression and replication is currently unknown. Approach & Results To unravel the regulation of HBV transcript termination, we implemented a 3’ RACE-PCR assay coupled to single molecule sequencing both in in vitro infected hepatocytes and in chronically infected patients. The detection of a previously unidentified transcriptional readthrough indicated that the cPAS was not systematically recognized during HBV replication in vitro and in vivo . Gene expression downregulation experiments demonstrated a role for the RNA helicases DDX5 and DDX17 in promoting viral transcriptional readthrough, which was, in turn, associated to HBV RNA destabilization and decreased HBx protein expression. RNA and chromatin immunoprecipitation, together with mutation of cPAS sequence suggested a direct role of DDX5 and DDX17 in functionally linking cPAS recognition to transcriptional readthrough, HBV RNA stability and replication. Conclusions Our findings identify DDX5 and DDX17 as crucial determinants for HBV transcriptional fidelity and as host restriction factors for HBV replication.

Abstract Genome-wide analyses reveal that more than 90% of multi exonic human genes produce at least two transcripts through alternative splicing (AS). Various bioinformatics methods are available to analyze AS from RNAseq data. Most methods start by mapping the reads to an annotated reference genome, but some start by a de novo assembly of the reads. In this paper, we present a systematic comparison of a mapping-first approach (F a RL ine ) and an assembly-first approach (K is S plice ). These two approaches are event-based, as they focus on the regions of the transcripts that vary in their exon content. We applied these methods to an RNAseq dataset from a neuroblastoma SK-N-SH cell line (ENCODE) differentiated or not using retinoic acid. We found that the predictions of the two pipelines overlapped (70% of exon skipping events were common), but with noticeable differences. The assembly-first approach allowed to find more novel variants, including novel unannotated exons and splice sites. It also predicted AS in families of paralog genes. The mapping-first approach allowed to find more lowly expressed splicing variants, and was better in predicting exons overlapping repeated elements. This work demonstrates that annotating AS with a single approach leads to missing a large number of candidates. We further show that these candidates cannot be neglected, since many of them are differentially regulated across conditions, and can be validated experimentally. We therefore advocate for the combine use of both mapping-first and assembly-first approaches for the annotation and differential analysis of AS from RNAseq data.

The inclusion of exons during the splicing process depends on the binding of splicing factors to short low-complexity regulatory sequences. The relationship between exonic splicing regulatory sequences and coding sequences is still poorly understood. We demonstrate that exons that are coregulated by any splicing factor share a similar nucleotide composition bias. We next demonstrate that coregulated exons preferentially code for amino acids with similar physicochemical properties because of the non-randomness properties of the genetic code. Indeed, amino acids sharing physicochemical properties correspond to codons that have the same nucleotide composition bias. These observations reveal an unanticipated bidirectional interplay between the physicochemical features encoded by exons and exon splicing regulation by splicing factors. We propose that the splicing regulation of an exon by a splicing factor is tightly interconnected with the physicochemical properties of the exon-encoded protein domain depending on the splicing-factor affinity for specific nucleotides.

To characterize the rules governing exon recognition during splicing, we analysed dozens of RNA-seq datasets and identified about 3,200 GC-rich exons and about 4,000 AT-rich exons whose inclusion depends on different sets of splicing factors. We show that GC-rich exons have predicted RNA secondary structures at 5'ss, and are dependent on U1 snRNP-associated proteins. In contrast, AT-rich exons have a large number of branchpoints and SF1- or U2AF2-binding sites and are dependent on U2 snRNP-associated proteins. Nucleotide composition bias also influences local chromatin organization, with consequences for exon recognition during splicing. As the GC content of exons correlates with that of their hosting genes, isochores and topologically-associated domains, we propose that regional nucleotide composition bias leaves a local footprint at the exon level and induces constraints during splicing that can be alleviated by local chromatin organization and recruitment of specific splicing factors. Therefore, nucleotide composition bias establishes a direct link between genome organization and local regulatory processes, like alternative splicing.

The chronic NF-κB activation in inflammation and cancer has long been linked to persistent activation of NF-κB responsive gene promoters. However, NF-κB factors such as RELA also massively bind to gene bodies. Here, we demonstrate that the recruitment of RELA to intragenic regions regulates alternative splicing upon activation of NF-κB by the viral oncogene TAX of HTLV-1. Integrative analysis of RNA splicing and chromatin occupancy, combined with chromatin tethering assays, demonstrate that DNA-bound RELA interacts with and recruits the splicing regulator DDX17 in a NF-kB activation-dependent manner, leading to alternative splicing of target exons thanks to DDX17 RNA helicase activity. This NF-kB/DDX17 axis accounts for a major part of the TAX-induced alternative splicing landscape that mainly affects genes involved in oncogenic pathways. Collectively, our results demonstrate a physical and direct involvement of NF-κB in alternative splicing regulation, which significantly revisits our knowledge of HTLV-1 pathogenesis and other NF-κB-related diseases.

ABSTRACT One challenge faced by scientists from the alternative RNA splicing field is to decode the cooperative or antagonistic effects of splicing factors to understand and eventually predict splicing outcomes on a genome-wide scale. In this manuscript, we introduce SplicingLore, an open access database and web resource that help to fill this gap in a straightforward manner. The database contains a collection of RNA-seq-derived lists of alternative exons regulated by a total of 75 different splicing factors. All datasets were processed in a standardized manner, ensuring valid comparisons and correlation analyses. The user can easily retrieve a factor-specific set of differentially included exons from the database, or provide a list of exons and search which splicing factor(s) control(s) their inclusion. Our simple workflow is fast and easy to run, and it ensures a reliable calculation of correlation scores between the tested datasets. As a proof of concept, we predicted and experimentally validated a novel functional cooperation between the RNA helicases DDX17 and DDX5 and the HNRNPC protein. SplicingLore is available at https://splicinglore.ens-lyon.fr/ .

Abstract DEAD box helicases DDX17 and DDX5 control the termination of transcription and the associated cleavage of the 3’ end of transcripts. Here we show that the transcriptional readthrough induced by their depletion in neuroblastoma cells also results in increased production of chimeric transcripts from tandemly oriented genes. Analysis of neuroblastoma tumours in which chimeric transcripts are abundant revealed that low expression of the DDX17 and DDX5 genes is associated with poor overall patient survival. Low DDX17 expression is also significantly associated with high-risk tumours and is inversely correlated with MYCN oncogene amplification, suggesting a link between these two factors. We demonstrate that changes in MYCN expression do not affect the expression of either helicase, but alter transcription termination leading to the production of chimeric transcripts. We provide evidence that MYCN acts on termination through its direct binding to the 3’ region of genes and that it interacts with DDX17, suggesting that it may inhibit the activity of the helicase. Collectively, our work reveals a novel function of MYCN in transcription termination and suggests that the deregulation of MYCN and DDX17/DDX5 expression in neuroblastoma may lead to the expression of non-canonical and potentially harmful RNA molecules.

Summary The p65/RelA factor of NF-κB plays a pivotal role in coordinating gene expression in response to diverse stimuli, including viral infections. At the chromatin level, p65/RelA regulates gene transcription and alternative splicing (AS) through promoter enrichment and genomic exon occupancy, respectively. However, the mechanisms underlying the coordination of these processes across distinct genes remain elusive. In this study, we employed the HTLV-1 Tax oncoprotein, a potent activator of NF-κB, to investigate the integrative relationship between 3D chromatin architecture, NF-κB-regulated transcription and AS. Our analysis revealed that Tax induces a pronounced reorganization of the 3D genome, resulting in the formation of multigene complexes that comprise genes regulated either transcriptionally or through AS. Notably, we found that the Tax-induced gene-gene contact between the two master genes NFKBIA and RELA is associated with their differential regulation in gene expression and AS, respectively. Through dCas9-mediated approaches, we demonstrated that NFKBIA - RELA interaction is required for AS regulation and is caused by an intragenic enrichment of p65/RelA on RELA . Our findings shed light on new regulatory mechanisms upon HTLV-1 Tax and underscore the integral role of p65/RelA in coordinated regulation of NF-κB-responsive genes at both transcriptional and AS levels in the context of the 3D genome.