Abstract Upstream open reading frames (uORFs) are important tissue-specific cis -regulators of protein translation. Although isolated case reports have shown that variants that create or disrupt uORFs can cause disease, genetic sequencing approaches typically focus on protein-coding regions and ignore these variants. Here, we describe a systematic genome-wide study of variants that create and disrupt human uORFs, and explore their role in human disease using 15,708 whole genome sequences collected by the Genome Aggregation Database (gnomAD) project. We show that 14,897 variants that create new start codons upstream of the canonical coding sequence (CDS), and 2,406 variants disrupting the stop site of existing uORFs, are under strong negative selection. Furthermore, variants creating uORFs that overlap the CDS show signals of selection equivalent to coding loss-of-function variants, and uORF-perturbing variants are under strong selection when arising upstream of known disease genes and genes intolerant to loss-of-function variants. Finally, we identify specific genes where perturbation of uORFs is likely to represent an important disease mechanism, and report a novel uORF frameshift variant upstream of NF2 in families with neurofibromatosis. Our results highlight uORF-perturbing variants as an important and under-recognised functional class that can contribute to penetrant human disease, and demonstrate the power of large-scale population sequencing data to study the deleteriousness of specific classes of non-coding variants.

Abstract A diverse set of driver genes, such as regulators of DNA methylation, RNA splicing, and chromatin remodeling, have been associated with pre-malignant clonal expansion of hematopoietic stem cells (HSCs). The factors mediating expansion of these mutant clones remain largely unknown, partially due to a paucity of large cohorts with longitudinal blood sampling. To circumvent this limitation, we developed and validated a method to infer clonal expansion rate from single timepoint data called PACER (passenger-approximated clonal expansion rate). Applying PACER to 5,071 persons with clonal hematopoiesis accurately recapitulated the known fitness effects due to different driver mutations. A genome-wide association study of PACER revealed that a common inherited polymorphism in the TCL1A promoter was associated with slower clonal expansion. Those carrying two copies of this protective allele had up to 80% reduced odds of having driver mutations in TET2, ASXL1, SF3B1, SRSF2 , and JAK2 , but not DNMT3A. TCL1A was not expressed in normal or DNMT3A -mutated HSCs, but the introduction of mutations in TET2 or ASXL1 by CRISPR editing led to aberrant expression of TCL1A and expansion of HSCs in vitro. These effects were abrogated in HSCs from donors carrying the protective TCL1A allele. Our results indicate that the fitness advantage of multiple common driver genes in clonal hematopoiesis is mediated through TCL1A activation. PACER is an approach that can be widely applied to uncover genetic and environmental determinants of pre-malignant clonal expansion in blood and other tissues.

ABSTRACT Ichthyornis has long been recognized as a pivotally important fossil taxon for understanding the latest stages of the dinosaur–bird transition, but little significant new postcranial material has been brought to light since initial descriptions of partial skeletons in the 19 th Century. Here, we present new information on the postcranial morphology of Ichthyornis from 40 previously undescribed specimens, providing the most detailed morphological assessment of Ichthyornis to date. The new material includes four partially complete skeletons and numerous well-preserved isolated elements, enabling new anatomical observations such as muscle attachments previously undescribed for Mesozoic euornitheans. Among the elements that were previously unknown or poorly represented for Ichthyornis , the new specimens include an almost-complete axial series, a hypocleideum-bearing furcula, radial carpal bones, fibulae, a complete tarsometatarsus bearing a rudimentary hypotarsus, and one of the first-known nearly complete three-dimensional sterna from a Mesozoic avialan. Several pedal phalanges are preserved, revealing a remarkably enlarged pes presumably related to foot-propelled swimming. Although diagnosable as Ichthyornis , the new specimens exhibit a substantial degree of morphological variation, some of which may relate to ontogenetic changes. Phylogenetic analyses incorporating our new data and employing alternative morphological datasets recover Ichthyornis stemward of Hesperornithes and Iaceornis , in line with some recent hypotheses regarding the topology of the crownward-most portion of the avian stem group, and we establish phylogenetically-defined clade names for relevant avialan subclades to help facilitate consistent discourse in future work. The new information provided by these specimens improves our understanding of morphological evolution among the crownward-most non-neornithine avialans immediately preceding the origin of crown group birds.

Abstract Proteasome-addicted neoplastic malignancies present a considerable refractory and relapsed phenotype with patients exhibiting drug-resistance and high mortality rates. To counter this global problem, novel proteasome-based therapies are being developed. In the current study we extensively characterize TIR-199, a syrbactin-class proteasome inhibitor derived from a plant virulence factor of bacterium Pseudomonas syringae pv syringae. We report that TIR-199 is a potent constitutive and immunoproteasome inhibitor, capable of inducing cell death in multiple myeloma, triple-negative breast cancer and non-small cell lung cancer lines, effectively inhibit proteasome in primary myeloma cells of refractory patients, and bypass the PSMB5 A49T+A50V bortezomib-resistant mutant. TIR-199 treatment leads to accumulation of canonical proteasome substrates in cells, it is specific, and does not inhibit 50 other enzymes tested in vitro. The drug exhibits synergistic cytotoxicity in combination with proteasome-activating-kinase DYRK2 inhibitor LDN192960. Furthermore, low dose TIR-199 exhibits in vivo activity in delaying myeloma-mediated bone degeneration in a mouse xenograft model. Together, our data indicates that proteasome inhibitor TIR-199 could indeed be a next generation drug within the repertoire of proteasome-based therapeutics with a potential to target relapsed and refractory proteasome-addicted neoplasia.

Telomeres shorten in replicating somatic cells and with age; in human leukocytes, telomere length (TL) is associated with a host of aging-related diseases. To date, 16 genome-wide association studies (GWAS) have identified twenty-three loci associated with leukocyte TL, but prior studies were primarily in individuals of European and Asian ancestry and relied on laboratory assays including Southern Blot and qPCR to quantify TL. Here, we estimated TL bioinformatically, leveraging whole genome sequencing (WGS) of whole blood from n=75,176 subjects in the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) Program. We performed the largest multi-ethnic and only WGS-based genome-wide association analysis of TL to date. We identified 22 associated loci (p-value <5x10-8), including 10 novel loci. Three of the novel loci map to genes involved in telomere maintenance and/or DNA damage repair: TERF2, RFWD3, and SAMHD1. Many of the 99 pathways identified in gene set enrichment analysis for the 22 loci (multiple-testing corrected false discovery rate (FDR) <0.05) pertain to telomere biology, including the top five (FDR<1x10-9). Importantly, several loci, including the recently identified TINF2 and ATM loci, showed strong ancestry-specific associations.

Abstract Spatially distributed excitation and inhibition collectively shape a visual neuron’s receptive field (RF) properties. In the direction-selective circuit of the mammalian retina, the role of strong null-direction inhibition of On-Off direction-selective ganglion cells (ON-OFF DSGCs) on their direction selectivity is well-studied. However, how excitatory inputs influence the On-Off DSGC’s visual response is underexplored. Here, we report that On-Off DSGCs have a spatially displaced glutamatergic receptive field along their preferred-null motion axis. This displaced receptive field contributes to DSGC null-direction spiking during interrupted motion trajectories. Theoretical analyses indicate that population responses during interrupted motion may help populations of On-Off DSGCs signal the spatial location of moving objects in complex, naturalistic visual environments. Our study highlights that the direction-selective circuit exploits separate sets of mechanisms under different stimulus conditions, and these mechanisms may help encode multiple visual features.

Abstract Asteriornis maastrichtensis , from the latest Cretaceous of Belgium, is among the oldest known crown bird fossils, and its three-dimensionally preserved skull provides the most substantial insights into the cranial morphology of early crown birds to date. Phylogenetic analyses recovered Asteriornis as a total-group member of Galloanserae (the clade uniting Galliformes and Anseriformes. One important feature supporting this placement was enlargement of the retroarticular processes, which form elongate caudal extensions of the mandible in extant Galloanserae. Here, we reinterpret the jaw of Asteriornis and illustrate that the caudalmost portion of the mandibles are in fact not preserved. Instead, the caudal extremities of both the left and right mandibular rami extend to the surface of the fossil block containing the holotype skull, where they have eroded away. The originally identified retroarticular process of the right mandible—which exhibits a morphology and orientation strikingly similar to the retroarticular processes of certain extant and fossil galloanserans, including the early Palaeogene total-clade anseriforms Conflicto and Nettapterornis— instead represents a twisted and caudally displaced medial process. Nonetheless, anatomical comparisons with extant taxa reveal that we are unable to exclude the possibility that Asteriornis exhibited robust retroarticular processes comparable to those of extant Galloanserae. In light of the reinterpreted morphology of the Asteriornis mandible, we update the original anatomical character matrix used to investigate its phylogenetic relationships, and our revised phylogenetic analyses continue to support its position as a total-group galloanseran, as initially interpreted. We demonstrate additional morphological traits of the mandible supporting this phylogenetic position and provide new data on the nature and distribution of retroarticular processes among early crown birds.