RNA structural switches are key regulators of gene expression in bacteria, but their characterization in Metazoa remains limited. Here, we present SwitchSeeker, a comprehensive computational and experimental approach for systematic identification of functional RNA structural switches. We applied SwitchSeeker to the human transcriptome and identified 245 putative RNA switches. To validate our approach, we characterized a previously unknown RNA switch in the 3' untranslated region of the RORC (RAR-related orphan receptor C) transcript. In vivo dimethyl sulfate (DMS) mutational profiling with sequencing (DMS-MaPseq), coupled with cryogenic electron microscopy, confirmed its existence as two alternative structural conformations. Furthermore, we used genome-scale CRISPR screens to identify trans factors that regulate gene expression through this RNA structural switch. We found that nonsense-mediated messenger RNA decay acts on this element in a conformation-specific manner. SwitchSeeker provides an unbiased, experimentally driven method for discovering RNA structural switches that shape the eukaryotic gene expression landscape.

ABSTRACT RNA structural switches are key regulators of gene expression in bacteria, yet their characterization in Metazoa remains limited. Here we present SwitchSeeker, a comprehensive computational and experimental approach for systematic identification of functional RNA structural switches. We applied SwitchSeeker to the human transcriptome and identified 245 putative RNA switches. To validate our approach, we characterized a previously unknown RNA switch in the 3’UTR of the RORC transcript. In vivo DMS-MaPseq, coupled with cryogenic electron microscopy, confirmed its existence as two alternative structural conformations. Furthermore, we used genome-scale CRISPR screens to identify trans factors that regulate gene expression through this RNA structural switch. We found that nonsense-mediated mRNA decay acts on this element in a conformation-specific manner. SwitchSeeker provides an unbiased, experimentally-driven method for discovering RNA structural switches that shape the eukaryotic gene expression landscape.

ABSTRACT In our cells, a limited number of RNA binding proteins (RBPs) are responsible for all aspects of RNA metabolism across the entire transcriptome. To accomplish this, RBPs form regulatory units that act on specific target regulons. However, the landscape of RBP combinatorial interactions remains poorly explored. Here, we performed a systematic annotation of RBP combinatorial interactions via multimodal data integration. We built a large-scale map of RBP protein neighborhoods by generating in vivo proximity-dependent biotinylation datasets of 50 human RBPs. In parallel, we used CRISPR interference with single-cell readout to capture transcriptomic changes upon RBP knockdowns. By combining these physical and functional interaction readouts, along with the atlas of RBP mRNA targets from eCLIP assays, we generated an integrated map of functional RBP interactions. We then used this map to match RBPs to their context-specific functions and validated the predicted functions biochemically for four RBPs. This study highlights the previously underappreciated scale of the inter-RBP interactions, be it genetic or physical, and is a first step towards a more comprehensive understanding of post-transcriptional regulatory processes and their underlying molecular grammar.