This study describes comprehensive polling of transcription start and termination sites and analysis of previously unidentified full-length complementary DNAs derived from the mouse genome. We identify the 5′ and 3′ boundaries of 181,047 transcripts with extensive variation in transcripts arising from alternative promoter usage, splicing, and polyadenylation. There are 16,247 new mouse protein-coding transcripts, including 5154 encoding previously unidentified proteins. Genomic mapping of the transcriptome reveals transcriptional forests, with overlapping transcription on both strands, separated by deserts in which few transcripts are observed. The data provide a comprehensive platform for the comparative analysis of mammalian transcriptional regulation in differentiation and development.

Antisense transcription (transcription from the opposite strand to a protein-coding or sense strand) has been ascribed roles in gene regulation involving degradation of the corresponding sense transcripts (RNA interference), as well as gene silencing at the chromatin level. Global transcriptome analysis provides evidence that a large proportion of the genome can produce transcripts from both strands, and that antisense transcripts commonly link neighboring “genes” in complex loci into chains of linked transcriptional units. Expression profiling reveals frequent concordant regulation of sense/antisense pairs. We present experimental evidence that perturbation of an antisense RNA can alter the expression of sense messenger RNAs, suggesting that antisense transcription contributes to control of transcriptional outputs in mammals.

Only a small proportion of the mouse genome is transcribed into mature messenger RNA transcripts. There is an international collaborative effort to identify all full-length mRNA transcripts from the mouse, and to ensure that each is represented in a physical collection of clones. Here we report the manual annotation of 60,770 full-length mouse complementary DNA sequences. These are clustered into 33,409 ‘transcriptional units’, contributing 90.1% of a newly established mouse transcriptome database. Of these transcriptional units, 4,258 are new protein-coding and 11,665 are new non-coding messages, indicating that non-coding RNA is a major component of the transcriptome. 41% of all transcriptional units showed evidence of alternative splicing. In protein-coding transcripts, 79% of splice variations altered the protein product. Whole-transcriptome analyses resulted in the identification of 2,431 sense–antisense pairs. The present work, completely supported by physical clones, provides the most comprehensive survey of a mammalian transcriptome so far, and is a valuable resource for functional genomics.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are largely heterogeneous and functionally uncharacterized. Here, using FANTOM5 cap analysis of gene expression (CAGE) data, we integrate multiple transcript collections to generate a comprehensive atlas of 27,919 human lncRNA genes with high-confidence 5′ ends and expression profiles across 1,829 samples from the major human primary cell types and tissues. Genomic and epigenomic classification of these lncRNAs reveals that most intergenic lncRNAs originate from enhancers rather than from promoters. Incorporating genetic and expression data, we show that lncRNAs overlapping trait-associated single nucleotide polymorphisms are specifically expressed in cell types relevant to the traits, implicating these lncRNAs in multiple diseases. We further demonstrate that lncRNAs overlapping expression quantitative trait loci (eQTL)-associated single nucleotide polymorphisms of messenger RNAs are co-expressed with the corresponding messenger RNAs, suggesting their potential roles in transcriptional regulation. Combining these findings with conservation data, we identify 19,175 potentially functional lncRNAs in the human genome. A catalogue of human long non-coding RNA genes and their expression profiles across samples from major human primary cell types, tissues and cell lines. Alistair Forrest, Piero Carninci and colleagues of the FANTOM Consortium provide a catalogue of human long non-coding RNA (lncRNA) genes and their expression profiles across samples from human primary cell types, tissues and cell lines. They used combined analyses of multiple data sets to identify 27,919 lncRNA genes with high-confidence 5′ ends, as well as a subset of 19,175 potentially functional lncRNA loci. The lncRNA catalogue and annotations are available through an open web resource.

The FANTOM5 project investigates transcription initiation activities in more than 1,000 human and mouse primary cells, cell lines and tissues using CAGE. Based on manual curation of sample information and development of an ontology for sample classification, we assemble the resulting data into a centralized data resource ( http://fantom.gsc.riken.jp/5/ ). This resource contains web-based tools and data-access points for the research community to search and extract data related to samples, genes, promoter activities, transcription factors and enhancers across the FANTOM5 atlas.

We introduce cap analysis gene expression (CAGE), which is based on preparation and sequencing of concatamers of DNA tags deriving from the initial 20 nucleotides from 5′ end mRNAs. CAGE allows high-throughout gene expression analysis and the profiling of transcriptional start points (TSP), including promoter usage analysis. By analyzing four libraries (brain, cortex, hippocampus, and cerebellum), we redefined more accurately the TSPs of 11-27% of the analyzed transcriptional units that were hit. The frequency of CAGE tags correlates well with results from other analyses, such as serial analysis of gene expression, and furthermore maps the TSPs more accurately, including in tissue-specific cases. The high-throughput nature of this technology paves the way for understanding gene networks via correlation of promoter usage and gene transcriptional factor expression.

The RIKEN Mouse Gene Encyclopaedia Project, a systematic approach to determining the full coding potential of the mouse genome, involves collection and sequencing of full-length complementary DNAs and physical mapping of the corresponding genes to the mouse genome. We organized an international functional annotation meeting (FANTOM) to annotate the first 21,076 cDNAs to be analysed in this project. Here we describe the first RIKEN clone collection, which is one of the largest described for any organism. Analysis of these cDNAs extends known gene families and identifies new ones.

Although it is generally accepted that cellular differentiation requires changes to transcriptional networks, dynamic regulation of promoters and enhancers at specific sets of genes has not been previously studied en masse. Exploiting the fact that active promoters and enhancers are transcribed, we simultaneously measured their activity in 19 human and 14 mouse time courses covering a wide range of cell types and biological stimuli. Enhancer RNAs, then messenger RNAs encoding transcription factors, dominated the earliest responses. Binding sites for key lineage transcription factors were simultaneously overrepresented in enhancers and promoters active in each cellular system. Our data support a highly generalizable model in which enhancer transcription is the earliest event in successive waves of transcriptional change during cellular differentiation or activation.