Ascertaining when and where genes are expressed is of crucial importance to understanding or predicting the physiological role of genes and proteins and how they interact to form the complex networks that underlie organ development and function. It is, therefore, crucial to determine on a genome-wide level, the spatio-temporal gene expression profiles at cellular resolution. This information is provided by colorimetric RNA in situ hybridization that can elucidate expression of genes in their native context and does so at cellular resolution. We generated what is to our knowledge the first genome-wide transcriptome atlas by RNA in situ hybridization of an entire mammalian organism, the developing mouse at embryonic day 14.5. This digital transcriptome atlas, the Eurexpress atlas (http://www.eurexpress.org), consists of a searchable database of annotated images that can be interactively viewed. We generated anatomy-based expression profiles for over 18,000 coding genes and over 400 microRNAs. We identified 1,002 tissue-specific genes that are a source of novel tissue-specific markers for 37 different anatomical structures. The quality and the resolution of the data revealed novel molecular domains for several developing structures, such as the telencephalon, a novel organization for the hypothalamus, and insight on the Wnt network involved in renal epithelial differentiation during kidney development. The digital transcriptome atlas is a powerful resource to determine co-expression of genes, to identify cell populations and lineages, and to identify functional associations between genes relevant to development and disease.

Tumor-infiltrating regulatory T lymphocytes (Treg) can suppress effector T cells specific for tumor antigens. Deeper molecular definitions of tumor-infiltrating-lymphocytes could thus offer therapeutic opportunities. Transcriptomes of T helper 1 (Th1), Th17, and Treg cells infiltrating colorectal or non-small-cell lung cancers were compared to transcriptomes of the same subsets from normal tissues and validated at the single-cell level. We found that tumor-infiltrating Treg cells were highly suppressive, upregulated several immune-checkpoints, and expressed on the cell surfaces specific signature molecules such as interleukin-1 receptor 2 (IL1R2), programmed death (PD)-1 Ligand1, PD-1 Ligand2, and CCR8 chemokine, which were not previously described on Treg cells. Remarkably, high expression in whole-tumor samples of Treg cell signature genes, such as LAYN, MAGEH1, or CCR8, correlated with poor prognosis. Our findings provide insights into the molecular identity and functions of human tumor-infiltrating Treg cells and define potential targets for tumor immunotherapy.

The International Human Epigenome Consortium (IHEC) coordinates the generation of a catalog of high-resolution reference epigenomes of major primary human cell types. The studies now presented (see the Cell Press IHEC web portal at http://www.cell.com/consortium/IHEC) highlight the coordinated achievements of IHEC teams to gather and interpret comprehensive epigenomic datasets to gain insights in the epigenetic control of cell states relevant for human health and disease. 

PaperClip

Long intergenic noncoding RNAs (lincRNAs) contribute to the regulation of gene expression. Pagani and colleagues identify hundreds of unique lincRNAs expressed in human lymphocytes and demonstrate a role for the lincRNA linc-MAF-4 in the differentiation of CD4+ T cells. Long noncoding RNAs are emerging as important regulators of cellular functions, but little is known of their role in the human immune system. Here we investigated long intergenic noncoding RNAs (lincRNAs) in 13 subsets of T lymphocytes and B lymphocytes by next-generation sequencing–based RNA sequencing (RNA-seq analysis) and de novo transcriptome reconstruction. We identified over 500 previously unknown lincRNAs and described lincRNA signatures. Expression of linc-MAF-4, a chromatin-associated lincRNA specific to the TH1 subset of helper T cells, was inversely correlated with expression of MAF, a TH2-associated transcription factor. Downregulation of linc-MAF-4 skewed T cell differentiation toward the TH2 phenotype. We identified a long-distance interaction between the genomic regions of the gene encoding linc-MAF-4 and MAF, where linc-MAF-4 associated with the chromatin modifiers LSD1 and EZH2; this suggested that linc-MAF-4 regulated MAF transcription through the recruitment of chromatin modifiers. Our results demonstrate a key role for lincRNA in T lymphocyte differentiation.

Significance Recent studies have established that metabolic restrains, such as glucose restriction, impair the activities of effector T cells in the tumor microenvironment. In the same context, a huge expansion of activated Treg cells in tumor tissues has been described in mice and humans, contributing to the suppression of protective antitumor immunity. Our data demonstrate that Tregs are committed to survive and proliferate in such a hostile milieu thanks to a metabolic advantage based on the combination of glycolysis and fatty acid synthesis and oxidation. This allows Tregs to prevail over conventional T cells that rely primarily on the glycolytic pathway for their metabolic demands. Awareness of the metabolic dynamics of Tregs in tumor could provide a means for cancer immunotherapy.

Regulatory T cells (Tregs) are critical for maintaining immune homeostasis, but their presence in tumor tissues impairs anti-tumor immunity and portends poor prognoses in cancer patients. Here, we reveal a mechanism to selectively target and reprogram the function of tumor-infiltrating Tregs (TI-Tregs) by exploiting their dependency on the histone H3K27 methyltransferase enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) in tumors. Disruption of EZH2 activity in Tregs, either pharmacologically or genetically, drove the acquisition of pro-inflammatory functions in TI-Tregs, remodeling the tumor microenvironment and enhancing the recruitment and function of CD8+ and CD4+ effector T cells that eliminate tumors. Moreover, abolishing EZH2 function in Tregs was mechanistically distinct from, more potent than, and less toxic than a generalized Treg depletion approach. This study reveals a strategy to target Tregs in cancer that mitigates autoimmunity by reprogramming their function in tumors to enhance anti-cancer immunity.

Abstract Spatial transcriptomics (ST) methods have been developed to unlock molecular mechanisms underlying tissue development, homeostasis, or disease. However, there is a need for easy-to-use, high-resolution, cost-efficient, and 3D-scalable methods. Here, we report Open-ST, a sequencing-based, open-source experimental and computational resource to address these challenges and to study the molecular organization of tissues in 3D. In mouse brain, Open-ST captured transcripts at subcellular resolution and reconstructed cell types. In primary tumor and patient-matched healthy/metastatic lymph nodes, Open-ST captured the diversity of immune, stromal and tumor populations in space. Distinct cell states were organized around cell-cell communication hotspots in the tumor, but not the metastasis. Strikingly, the 3D reconstruction and multimodal analysis of the metastatic lymph node revealed spatially contiguous structures not visible in 2D and potential biomarkers precisely at the 3D tumor/lymph node boundary. We anticipate Open-ST to accelerate the identification of spatial molecular mechanisms in 2D and 3D.

Transcribed enhancer maps can reveal nuclear interactions underpinning each cell type and connect specific cell types to diseases. Using a 5' single-cell RNA sequencing approach, we defined transcription start sites of enhancer RNAs and other classes of coding and noncoding RNAs in human CD4

High Grade Serous Ovarian cancer (HGSOC) is a major unmet need in oncology, due to its precocious dissemination and the lack of meaningful human models for the investigation of disease pathogenesis in a patient-specific manner. To overcome this roadblock, we present a new method to isolate and grow single cells directly from patients' ascites, establishing the conditions for propagating them as single-cell derived ovarian cancer organoids (scOCOs). By single cell RNA sequencing (scRNAseq) we define the cellular composition of metastatic ascites and trace its propagation in 2D and 3D culture paradigms, finding that scOCOs retain and amplify key subpopulations from the original patients' samples and recapitulate features of the original metastasis that do not emerge from classical 2D culture, including retention of individual patients' specificities. By enabling the enrichment of uniquely informative cell subpopulations from HGSOC metastasis and the clonal interrogation of their diversity at the functional and molecular level, this method transforms the prospects of precision oncology for ovarian cancer.