ABSTRACT Understanding how genetic variants impact molecular phenotypes is a key goal of functional genomics, currently hindered by reliance on a single haploid reference genome. Here, we present the EN-TEx resource of personal epigenomes, for ∼25 tissues and >10 assays in four donors (>1500 open-access functional genomic and proteomic datasets, in total). Each dataset is mapped to a matched, diploid personal genome, which has long-read phasing and structural variants. The mappings enable us to identify >1 million loci with allele-specific behavior. These loci exhibit coordinated epigenetic activity along haplotypes and less conservation than matched, non-allele-specific loci, in a fashion broadly paralleling tissue-specificity. Surprisingly, they can be accurately modelled just based on local nucleotide-sequence context. Combining EN-TEx with existing genome annotations reveals strong associations between allele-specific and GWAS loci and enables models for transferring known eQTLs to difficult-to-profile tissues. Overall, EN-TEx provides rich data and generalizable models for more accurate personal functional genomics.

ABSTRACT MicroRNAs (miRNAs) play a critical role as post-transcriptional regulators of gene expression. The ENCODE project profiled the expression of miRNAs in a comprehensive set of tissues during a time-course of mouse embryonic development and captured the expression dynamics of 785 miRNAs. We found distinct tissue and developmental stage specific miRNA expression clusters, with an overall pattern of increasing tissue specific expression as development proceeds. Comparative analysis of conserved miRNAs in mouse and human revealed stronger clustering of expression patterns by tissue types rather than by species. An analysis of messenger RNA gene expression clusters compared with miRNA expression clusters identifies the potential role of specific miRNA expression clusters in suppressing the expression of mRNAs specific to other developmental programs in the tissue where these microRNAs are expressed during embryonic development. Our results provide the most comprehensive timecourse of miRNA expression as an integrated part of the ENCODE reference dataset for mouse embryonic development.

ABSTRACT Background Tauopathies are a group of neurodegenerative diseases driven by abnormal aggregates of tau, a microtubule associated protein encoded by the MAPT gene. MAPT expression is absent in neural progenitor cells (NPCs) and increases during differentiation. This temporally dynamic expression pattern suggests that MAPT expression is controlled by transcription factors and cis-regulatory elements specific to differentiated cell types. Given the relevance of MAPT expression to neurodegeneration pathogenesis, identification of such elements is relevant to understanding genetic risk factors. Methods We performed HiC, chromatin conformation capture (Capture-C), single-nucleus multiomics (RNA-seq+ATAC-seq), bulk ATAC-seq, and ChIP-seq for H3K27Ac and CTCF in NPCs and neurons differentiated from human iPSC cultures. We nominated candidate cis-regulatory elements (cCREs) for MAPT in human NPCs, differentiated neurons, and pure cultures of inhibitory and excitatory neurons. We then assayed these cCREs using luciferase assays and CRISPR interference (CRISPRi) experiments to measure their effects on MAPT expression. Finally, we integrated cCRE annotations into an analysis of genetic variation in AD cases and controls. Results Using orthogonal genomics approaches, we nominated 94 cCREs for MAPT , including the identification of cCREs specifically active in differentiated neurons. Eleven regions enhanced reporter gene transcription in luciferase assays. Using CRISPRi, 5 of the 94 regions tested were identified as necessary for MAPT expression as measured by RT-qPCR and RNA-seq. Rare and predicted damaging genetic variation in both nominated and confirmed CREs was depleted in AD cases relative to controls (OR = 0.40, p = 0.004), consistent with the hypothesis that variants that disrupt MAPT enhancer activity, and thereby reduce MAPT expression, may be protective against neurodegenerative disease. Conclusions We identified both proximal and distal regulatory elements for MAPT and confirmed the regulatory function for several regions, including three regions centromeric to MAPT beyond the well-described H1/H2 haplotype inversion breakpoint. This study provides compelling evidence for pursuing detailed knowledge of CREs for genes of interest to permit better understanding of disease risk.

Abstract A key component to overcoming the reproducibility crisis in biomedical research is the development of readily available, rigorously validated and renewable protein affinity reagents. As part of the NIH Protein Capture Reagents Program (PCRP), we have generated a collection of 1406 highly validated, immunoprecipitation (IP) and/or immunoblotting (IB) grade, mouse monoclonal antibodies (mAbs) to 736 human transcription factors. We used HuProt™ human protein microarrays to identify mAbs that recognize their cognate targets with exceptional specificity. Using an integrated production and validation pipeline, we validated these mAbs in multiple experimental applications, and have distributed them to the Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) and several commercial suppliers. This study allowed us to perform a meta-analysis that identified critical variables that contribute to the generation of high quality mAbs. We find that using full-length antigens for immunization, in combination with HuProt™ analysis, provides the highest overall success rates. The efficiencies built into this pipeline ensure substantial cost savings compared to current standard practices.

Genome-wide occupancy maps of transcriptional regulators are important for understanding gene regulation and its effects on diverse biological processes, but only a small fraction of the >1,600 transcription factors (TFs) encoded in the human genome has been assayed. Here we present data and analyses of ChIP-seq experiments for 208 DNA-associated proteins (DAPs) in the HepG2 hepatocellular carcinoma line, spanning nearly a quarter of its expressed TFs, transcriptional co-factors, and chromatin regulator proteins. The DAP binding profiles classify into major groups associated predominantly with promoters or enhancers, or with both. We confirm and expand the current catalog of DNA sequence motifs; 77 factors showed similar motifs to those previously described using in vivo and/or in vitro methods, and 17 yielded novel motifs. We also describe motifs corresponding to other TFs that co-enrich with the primary ChIP target. FOX family motifs are, for example, significantly enriched in ChIP-seq peaks of 37 other DAPs. We show that promoters and enhancers can be discriminated based on motif content and occupancy patterns. This large catalog reveals High Occupancy Target (HOT) regions at which many DAPs associate, although each contains motifs for only a minority of the numerous associated DAPs. These analyses provide a deeper and more complete overview of the gene regulatory networks that define this cell type.