Summary Our expanding knowledge of the roles small regulatory RNAs play across numerous areas of biology, coupled with the promise of RNA-targeted therapies and small RNA-based medicines, create an urgent need for tools that can accurately identify and quantify small RNA:target interactions at scale. MicroRNAs (miRNA) are a major class of small RNAs in plants and animals. The experimental capture of miRNA:mRNA interactions by ligation into chimeric RNA fragments in chimeric CrossLinking and ImmunoPrecipitation (CLIP) provides a direct readout of miRNA targets with high-throughput sequencing. Despite the power of this approach, widespread adoption of chimeric CLIP has been slow due to both methodological technical complexity as well as limited recovery of chimeric molecules (particularly beyond the most abundant miRNAs). Here we describe chimeric eCLIP, in which we integrate a chimeric ligation step into AGO2 eCLIP to enable chimeric read recovery. We show that removal of the cumbersome polyacrylamide gel and nitrocellulose membrane transfer step common to CLIP techniques can be omitted for chimeric AGO2 eCLIP to create a simplified high throughput version of the assay that maintains high signal- to-noise. With the increased yield of recovered miRNA:mRNA interactions in no-gel chimeric eCLIP, we show that simple enrichment steps using either PCR or on-bead probe capture can be added to chimeric eCLIP in order to target and enrich libraries for chimeric reads specific to one or more miRNAs of interest in both cell lines and tissue samples, resulting in 30- to 175-fold increases in recovery of chimeric reads for miRNAs of interest. We further demonstrate that the same probe-capture approach can be used to recover miRNA interactions for a targeted gene of interest, revealing both distinct miRNA targeting as well as co-targeting by several miRNAs from the same seed family. RNA-seq analysis of gene expression following miRNA overexpression confirmed miRNA-mediated repression of chimeric eCLIP-identified targets and indicated that probe-enriched chimeric eCLIP can provide additional sensitivity to detect regulated targets among genes that either contain or lack computationally predicted miRNA target sites. Thus, we believe that chimeric eCLIP will be a useful tool for quantitative profiling of miRNA targets in varied sample types at scale, and for revealing a deeper picture of regulatory networks for specific miRNAs of biological interest. Highlights No-gel chimeric eCLIP improves recovery of miRNA:mRNA interactions by 70-fold Probe- and PCR-enrichment deeply profiles mRNA targets of miRNAs of interest Chimeric eCLIP targets experimentally identify non-computationally predicted interactions Increased depth recovers ∼6 million miRNA:target chimeras in HEK293T

The COVID-19 pandemic is caused by severe acute respiratory syndrome-coronavirus-2 (SARS-CoV-2). The betacoronvirus has a positive sense RNA genome which encodes for several RNA binding proteins. Here, we use enhanced crosslinking and immunoprecipitation to investigate SARS-CoV-2 protein interactions with viral and host RNAs in authentic virus-infected cells. SARS-CoV-2 proteins, NSP8, NSP12, and nucleocapsid display distinct preferences to specific regions in the RNA viral genome, providing evidence for their shared and separate roles in replication, transcription, and viral packaging. SARS-CoV-2 proteins expressed in human lung epithelial cells bind to 4773 unique host coding RNAs. Nine SARS-CoV-2 proteins upregulate target gene expression, including NSP12 and ORF9c, whose RNA substrates are associated with pathways in protein N-linked glycosylation ER processing and mitochondrial processes. Furthermore, siRNA knockdown of host genes targeted by viral proteins in human lung organoid cells identify potential antiviral host targets across different SARS-CoV-2 variants. Conversely, NSP9 inhibits host gene expression by blocking mRNA export and dampens cytokine productions, including interleukin-1α/β. Our viral protein-RNA interactome provides a catalog of potential therapeutic targets and offers insight into the etiology of COVID-19 as a safeguard against future pandemics.

A critical step in uncovering rules of RNA processing is to study the in vivo regulatory networks of RNA binding proteins (RBPs). Crosslinking and immunoprecipitation (CLIP) methods enabled mapping RBP targets transcriptome-wide, but methodological differences present challenges to large-scale integrated analysis across datasets. The development of enhanced CLIP (eCLIP) enabled the large-scale mapping of targets for 150 RBPs in K562 and HepG2, creating a unique resource of RBP interactomes profiled with a standardized methodology in the same cell types. Here we describe our analysis of 223 enhanced (eCLIP) datasets characterizing 150 RBPs in K562 and HepG2 cell lines, revealing a range of binding modalities, including highly resolved positioning around splicing signals and mRNA untranslated regions that associate with distinct RBP functions. Quantification of enrichment for repetitive and abundant multi-copy elements reveals 70% of RBPs have enrichment for non-mRNA element classes, enables identification of novel ribosomal RNA processing factors and sites and suggests that association with retrotransposable elements reflects multiple RBP mechanisms of action. Analysis of spliceosomal RBPs indicates that eCLIP resolves AQR association after intronic lariat formation (enabling identification of branch points with single-nucleotide resolution) and provides genome-wide validation for a branch point-based scanning model for 3’ splice site recognition. Further, we show that eCLIP peak co-occurrences across RBPs enables the discovery of novel co-interacting RBPs. Finally, we present a protocol for visualization of RBP:RNA complexes in the eCLIP workflow using biotin and standard chemiluminescent visualization reagents, enabling simplified confirmation of ribonucleoprotein enrichment without radioactivity. This work illustrates the value of integrated analysis across eCLIP profiling of RBPs with widely distinct functions to reveal novel RNA biology. Further, our quantification of both mRNA and other element association will enable further research to identify novel roles of RBPs in regulating RNA processing.

Abstract Regulation of RNA processing contributes profoundly to tissue development and physiology. Here, we report that serine-arginine-rich splicing factor 1 (SRSF1) is essential for hepatocyte function and survival. Although SRSF1 is mainly known for its many roles in mRNA metabolism, it is also crucial for maintaining genome stability. We show that acute liver damage in the setting of targeted SRSF1 deletion in mice is primarily mediated by the excessive formation of deleterious RNA–DNA hybrids (R-loops), which induce DNA damage. Combining hepatocyte-specific transcriptome, proteome, and RNA binding analyses, we demonstrate that widespread genotoxic stress following SRSF1 depletion results in global inhibition of mRNA transcription and protein synthesis, leading to impaired metabolism and trafficking of lipids. Lipid accumulation in SRSF1-deficient hepatocytes is followed by necroptotic cell death, inflammation, and fibrosis, resulting in NASH-like liver pathology. Importantly, SRSF1-depleted human liver cancer cells recapitulate this pathogenesis illustrating a conserved and fundamental role for SRSF1 in preserving genome integrity and tissue homeostasis. Thus, our study uncovers how accumulation of detrimental R-loops impedes hepatocellular gene expression, triggering metabolic derangements and liver failure.