Abstract The movement of selfish DNA elements can lead to widespread genomic alterations with potential to create novel functions. Here we show that transposon expansions in Caenorhabditis nematodes led to extensive rewiring of germline transcriptional regulation. We find that about one third of C. elegans germline-specific promoters have been co-opted from two related Miniature Inverted Repeat Transposable Elements (MITEs), CERP2 and CELE2. The promoters are regulated by HIM-17, a THAP domain-containing transcription factor related to a transposase. Expansion of CERP2 occurred prior to radiation of the Caenorhabditis genus, as did fixation of mutations in HIM-17 through positive selection, whereas CELE2 expanded only in C. elegans . Through comparative analyses in C. briggsae , we find evolutionary conservation of most CERP2 co-opted promoters, but a substantial fraction of events are species specific. Our work reveals the emergence of a novel transcriptional network driven by TE co-option with a major impact on regulatory evolution.

Abstract An essential step for understanding the transcriptional circuits that control development and physiology is the global identification and characterization of regulatory elements. Here we present the first map of regulatory elements across the development and ageing of an animal, identifying 42,245 elements accessible in at least one C. elegans stage. Based on nuclear transcription profiles, we define 15,714 protein-coding promoters and 19,231 putative enhancers, and find that both types of element can drive orientation-independent transcription. Additionally, hundreds of promoters produce transcripts antisense to protein coding genes, suggesting involvement in a widespread regulatory mechanism. We find that the accessibility of most elements is regulated during development and/or ageing and that patterns of accessibility change are linked to specific developmental or physiological processes. The map and characterization of regulatory elements across C. elegans life provides a platform for understanding how transcription controls development and ageing.

Repetitive sequences derived from transposons make up a large fraction of eukaryotic genomes and must be silenced to protect genome integrity. Repetitive elements are often found in heterochromatin; however, the roles and interactions of heterochromatin proteins in repeat regulation are poorly understood. Here we show that a diverse set of C. elegans heterochromatin proteins act together with the piRNA and nuclear RNAi pathways to silence repetitive elements and prevent genotoxic stress in the germ line. Mutants in genes encoding HPL-2/HP1, LIN-13, LIN-61, LET-418/Mi-2, and H3K9me2 histone methyltransferase MET-2/SETDB1 also show functionally redundant sterility, increased germline apoptosis, DNA repair defects, and interactions with small RNA pathways. Remarkably, fertility of heterochromatin mutants could be partially restored by inhibiting cep-1/p53, endogenous meiotic double strand breaks, or the expression of MIRAGE1 DNA transposons. Functional redundancy among these factors and pathways underlies the importance of safeguarding the genome through multiple means.

Although overexpression of EZH2, a catalytic subunit of the polycomb repressive complex 2 (PRC2), is an eminent feature of various cancers, the regulation of its abundance and function remains insufficiently understood. We report here that the PRC2 complex is physically associated with ubiquitin-specific protease USP7 in melanoma cells where USP7 acts to deubiquitinate and stabilize EZH2. Interestingly, we found that USP7-catalyzed H2BK120 deubiquitination is a prerequisite for chromatin loading of PRC2 thus H3K27 trimethylation. Genome-wide analysis of the transcriptional targets of the USP7/PRC2 complex identified a cohort of genes including FOXO1 that are involved in cell growth and proliferation. We demonstrated that the USP7/PRC2 complex drives melanoma cell proliferation and tumorigenesis in vitro and in vivo. We showed that the expression of both USP7 and EZH2 elevates during melanoma progression, corresponding to a diminished FOXO1 expression, and the level of the expression of USP7 and EZH2 strongly correlates with histological grades and prognosis of melanoma patients. These results reveal a dual role for USP7 in the regulation of the abundance and function of EZH2, supporting the pursuit of USP7 as a therapeutic target for melanoma.

Copy number gain in chromosome 8q21 is considered as the prototype of genetic abnormalities associated with development of breast cancer, yet the oncogenic potential underlying this amplicon in breast carcinogenesis remains to be delineated. We report here that ZNF704, a gene mapped to 8q21, is recurrently amplified in breast cancer. We found that ZNF704 acts as transcription repressor and interacts with the transcription corepressor SIN3A complex. Genome-wide interrogation of the transcriptional targets identifies that the ZNF704/SIN3A complex represses a panel of genes including PER2 that are critically involved in the function of circadian clock. Indeed, ZNF704 overexpression prolongs the period and dampens amplitude of circadian clock. We showed that ZNF704 promotes the proliferation and invasion of breast cancer cells in vitro and accelerates the growth and metastasis of breast cancer in vivo. Consistently, the level of ZNF704 expression is inversely correlated with that of PER2 in breast carcinomas, and high level of ZNF704 correlates with advanced histological grades, lymph node positivity, and poor prognosis of breast cancer patients, especially those with HER2+ and basal-like subtypes.

The nervous system is primarily composed of neurons and glia, and the communication between them plays profound roles in regulating the development and function of the brain. Neuron-glia signal transduction is known to be mediated by secreted or juxtacrine signals through ligand-receptor interactions on the cell membrane. Here, we report a novel mechanism for neuron-glia signal transduction, wherein neurons transmit proteins to glia through extracellular vesicles, activating glial signaling pathways. We find that in the amphid sensory organ of

ABSTRACT The DREAM (DP, Retinoblastoma [Rb]-like, E2F, and MuvB) complex controls cellular quiescence by repressing cell cycle and other genes, but its mechanism of action is unclear. Here we demonstrate that two C. elegans THAP domain proteins, LIN-15B and LIN-36, co-localize with DREAM and function by different mechanisms for repression of distinct sets of targets. LIN-36 represses classical cell cycle targets by promoting DREAM binding and gene body enrichment of H2A.Z, and we find that DREAM subunit EFL-1/E2F is specific for LIN-36 targets. In contrast, LIN-15B represses germline specific targets in the soma by facilitating H3K9me2 promoter marking. We further find that LIN-36 and LIN-15B differently regulate DREAM binding. In humans, THAP proteins have been implicated in cell cycle regulation by poorly understood mechanisms. We propose that THAP domain proteins are key mediators of Rb/DREAM function.

The CFP1 CXXC zinc finger protein targets the SET1/COMPASS complex to non-methylated CpG rich promoters to implement tri-methylation of histone H3 Ly4 (H3K4me3). Although H3K4me3 is widely associated with gene expression, the effects of CFP1 loss depend on chromatin context, so it is important to understand the relationship between CFP1 and other chromatin factors. Using a proteomics approach, we identified an unexpected link between C. elegans CFP-1 and a Rpd3/Sin3 histone deacetylase complex. We find that mutants of CFP-1, SIN-3, and the catalytic subunit SET-2/SET1 have similar phenotypes and misregulate common genes. CFP-1 directly binds SIN-3 through a region including the conserved PAH1 domain and recruits SIN-3 and the HDA-1/HDAC subunit to H3K4me3 enriched promoters. Our results reveal a novel role for CFP-1 in mediating interaction between SET1/COMPASS and a Sin3 HDAC complex at promoters and uncover coordinate regulation of gene expression by chromatin complexes having distinct activities.