Abstract Genomic sequences co-evolve with DNA-associated proteins to ensure the multiscale folding of long DNA molecules into functional chromosomes. In eukaryotes, different molecular complexes organize the chromosome’s hierarchical structure, ranging from nucleosomes and cohesin- mediated DNA loops to large scale chromatin compartments. To explore the relationships between the DNA sequence composition and the spontaneous loading and activity of these DNA-associated complexes in the absence of co-evolution, we characterized chromatin assembly and activity in yeast strains carrying exogenous bacterial chromosomes that diverged from eukaryotic sequences over 1.5 billion years ago. We show that nucleosome assembly, transcriptional activity, cohesin-mediated looping, and chromatin compartmentalization can occur in a bacterial chromosome with a largely divergent sequence integrated in a eukaryotic host, and that the chromatinization of bacterial chromosomes is highly correlated with their sequence composition. These results are a step forward in understanding how foreign sequences are interpreted by a host nuclear machinery during natural horizontal gene transfers, as well as in synthetic genomics projects.

Abstract Multiciliated cells (MCC) ensure proper fluid circulation in various organs in metazoans. Their differentiation is marked by the massive ampliication of cilia-nucleating centrioles and is known to be controlled by various cell cycle components. Tn a companion study, we show that the differentiation of MCC is driven by a genuine cell-cycle variant characterized by sequential and wave-like expression of canonical and non-canonical cyclins such as Cyclin O (CCNO). Patients with CCNO mutations exhibit a subtype of Primary Ciliary Dyskinesia (PCD) designated as Reduced Generation of Multiple Motile Cilia (RGMC), yet the role of CCNO during MCC differentiation remains unclear. Here, using mice and human cellular models, single cell transcriptomics and functional studies, we show that Cena is activated during a strategic temporal window at the crossroads between the onset of MCC differentiation, the entry into the MCC cell cycle variant, and the activation of the centriole biogenesis program. We ind that the absence of Cena leads to a block of MCC progenitor differentiation at the G1/S-like transition, just before the beginning of centriole formation. This leads to a complete lack of centrioles and cilia in mouse brain and human airway MCC. Altogether, our study identifies CCNO as a core regulator of entry into the MCC cell cycle variant and shows that the coupling of centriole biogenesis to an S-like phase, maintained in MCC, is dependent on CCNO. One sentence summary Cyclin O is necessary for multiciliated cells to enter their differentiation cell cycle variant and allows the massive amplification of centrioles, which serve as basal bodies for cilia nucleation.

Abstract Summary The tidyCoverage R package provides a framework for intuitive investigation of collections of genomic tracks over genomic features, relying on the principle of tidy data manipulation. It defines two data structures, CoverageExperiment and AggregatedCoverage classes, directly extending the SummarizedExperiment fundamental class, and introduces a principled approach to exploring genome-wide data. This infrastructure facilitates the extraction and manipulation of genomic coverage track data across individual or multiple sets of thousands of genomic loci. This allows the end user to rapidly visualize track coverage at individual genomic loci or aggregated coverage profiles over sets of genomic loci. tidyCoverage seamlessly combines with the existing Bioconductor ecosystem to accelerate the integration of genome-wide track data in epigenomic analysis workflows. tidyCoverage emerges as a valuable tool, contributing to the advancement of epigenomics research by promoting consistency, reproducibility, and accessibility in data analysis. Availability and implementation tidyCoverage is an R package freely available from Bioconductor ≥ 3.19 ( https://www.bioconductor.org/packages/tidyCoverage ) for R ≥ 4.4. The software is distributed under the MIT License and is accompanied by example files and data. Contact jacques.serizay@pasteur.fr Supplementary information Additional documentation is available from https://js2264.github.io/tidyCoverage/ and https://js2264.github.io/tidyCoverage/articles/tidyCoverage.html .

2 Abstract A complex and conserved regulatory network drives the cell cycle. Individual components of this network are sometimes used in differentiated cells, i.e. to control organelle destruction in mammalian lens cells or light response in land plants. Some differentiated cells co-opt cell-cycle regulators more largely, to increase their ploidy using a cell cycle variant named endoreplication. Using single-cell RNA-seq profiling and functional assays in differentiating multiciliated cells, we identified a novel type of cell cycle variant that supports cytoplasmic organelle, rather than nuclear content amplification. This variant operates in post-mitotic, centriole-amplifying differentiating multiciliated cells and is characterized by (i) a circular trajectory of the transcriptome, (ii) sequential expression of more than 70% of the genes involved in S, G2 and M-like progression along this trajectory, and (iii) successive waves of cyclins. This cell cycle variant is tailored by the expression of the non-canonical cyclins O and A1 – which replace the transcriptionally silent cyclins E2 and A2 – and by the silencing of the APC/C inhibitor Emi1, two switches also detected in male meiosis, another variant of the canonical cell cycle where centriole and DNA replications are uncoupled. Re-expressing Cyclin E2, cyclin A2 or Emi1 is sufficient to induce partial replication and mitosis, suggesting that change in the regulation of expression of a few cell cycle key players drives a qualitative and quantitative tuning of Cdk activity, allowing the diversion of the cell cycle in the multiciliation variant. We also propose that this new cell cycle variant relies on the existence of a cytoplasmic – or centriolar – Cdk threshold, lower than the S-phase threshold, which affects only the cytoplasmic reorganization. One-Sentence Summary MCC progenitors undergo a final, tailored iteration of the cell cycle during differentiation, to drive centriole amplification without DNA replication or mitosis.

Abstract An essential step for understanding the transcriptional circuits that control development and physiology is the global identification and characterization of regulatory elements. Here we present the first map of regulatory elements across the development and ageing of an animal, identifying 42,245 elements accessible in at least one C. elegans stage. Based on nuclear transcription profiles, we define 15,714 protein-coding promoters and 19,231 putative enhancers, and find that both types of element can drive orientation-independent transcription. Additionally, hundreds of promoters produce transcripts antisense to protein coding genes, suggesting involvement in a widespread regulatory mechanism. We find that the accessibility of most elements is regulated during development and/or ageing and that patterns of accessibility change are linked to specific developmental or physiological processes. The map and characterization of regulatory elements across C. elegans life provides a platform for understanding how transcription controls development and ageing.

Despite increasingly detailed knowledge of gene expression patterns, the regulatory architectures that drive them are not well understood. To address this, we compared transcriptional and regulatory element activities across five adult tissues of C. elegans, covering ~90% of cells, and defined regulatory grammars associated with ubiquitous, germline and somatic tissue-specific gene expression patterns. We find architectural features that distinguish two major promoter types. Germline-specific and ubiquitously-active promoters have well positioned +1 and -1 nucleosomes associated with a periodic 10-bp WW signal. Somatic tissue-specific promoters lack these features, have wider nucleosome depleted regions, and are more enriched for core promoter elements, which surprisingly differ between tissues. A 10-bp periodic WW signal is also associated with +1 nucleosomes of ubiquitous promoters in fly and zebrafish but is not detected in mouse and human. Our results demonstrate fundamental differences in regulatory architectures of germline-active and somatic tissue-specific genes and provide a key resource for future studies.

The exponential availability of omic data presents challenges in data manipulation, analysis, and integration. Addressing these challenges, Bioconductor offers an extensive community-driven data analysis platform, while R tidy programming offers a revolutionary standard for data organisation and manipulation. Bioconductor and tidy R have mostly remained independent; bridging them would streamline omic analysis and ease learning and cross-disciplinary collaborations. Here, we introduce the tidyomics software ecosystem that brings the R tidy toolkit to omic data analysis. We demonstrate its benefits by analysing 7.5 million PBMCs from the Human Cell Atlas, bridging six data frameworks and ten analysis tools.

The tidyCoverage R package provides a framework for intuitive investigation of collections of genomic tracks over genomic features, relying on the principle of tidy data manipulation. It defines two data structures, CoverageExperiment and AggregatedCoverage classes, directly extending the SummarizedExperiment fundamental class, and introduces a principled approach to exploring genome-wide data. This infrastructure facilitates the extraction and manipulation of genomic coverage track data across individual or multiple sets of thousands of genomic loci. This allows the end user to rapidly visualize track coverage at individual genomic loci or aggregated coverage profiles over sets of genomic loci. tidyCoverage seamlessly combines with the existing Bioconductor ecosystem to accelerate the integration of genome-wide track data in epigenomic analysis workflows. tidyCoverage emerges as a valuable tool, contributing to the advancement of epigenomics research by promoting consistency, reproducibility, and accessibility in data analysis.

Nuclear compartments play diverse roles in regulating gene expression, yet the molecular forces and components driving compartment formation are not well understood. Studying how the lncRNA Xist establishes the inactive-X-chromosome (Xi)-compartment, we found that the Xist RNA-binding-proteins PTBP1, MATR3, TDP43, and CELF1 form a condensate to create an Xi-domain that can be sustained in the absence of Xist . The E-repeat-sequence of Xist serves a multivalent binding-platform for these proteins. Without the E-repeat, Xist initially coats the X-chromosome during XCI onset but subsequently disperses across the nucleus with loss of gene silencing. Recruitment of PTBP1, MATR3, TDP-43 or CELF1 to ΔE- Xist rescues these phenotypes, and requires both self-association of MATR3 and TDP-43 and a heterotypic PTBP1-MATR3-interaction. Together, our data reveal that Xist sequesters itself within the Xi-territory and perpetuates gene silencing by seeding a protein-condensate. Our findings uncover an unanticipated mechanism for epigenetic memory and elucidate the interplay between RNA and RNA-binding-proteins in creating compartments for gene regulation.