Gibbons are small arboreal apes that display an accelerated rate of evolutionary chromosomal rearrangement and occupy a key node in the primate phylogeny between Old World monkeys and great apes. Here we present the assembly and analysis of a northern white-cheeked gibbon (Nomascus leucogenys) genome. We describe the propensity for a gibbon-specific retrotransposon (LAVA) to insert into chromosome segregation genes and alter transcription by providing a premature termination site, suggesting a possible molecular mechanism for the genome plasticity of the gibbon lineage. We further show that the gibbon genera (Nomascus, Hylobates, Hoolock and Symphalangus) experienced a near-instantaneous radiation ∼5 million years ago, coincident with major geographical changes in southeast Asia that caused cycles of habitat compression and expansion. Finally, we identify signatures of positive selection in genes important for forelimb development (TBX5) and connective tissues (COL1A1) that may have been involved in the adaptation of gibbons to their arboreal habitat. The genome of the gibbon, a tree-dwelling ape from Asia positioned between Old World monkeys and the great apes, is presented, providing insights into the evolutionary history of gibbon species and their accelerated karyotypes, as well as evidence for selection of genes such as those for forelimb development and connective tissue that may be important for locomotion through trees. The many species of gibbons are small, tree-living apes from Southeast Asia, most of them listed as 'endangered' or 'critically endangered' on the IUCN list. In their presentation of the genome of the northern white-cheeked gibbon (Nomascus leucogenys) , Lucia Carbone and colleagues provide intriguing insights into the biology and evolutionary history of a group that straddles the divide between Old World monkeys and the great apes. The authors investigate how a novel gibbon-specific retrotransposon might be the source of gibbons' genome plasticity. Rapid karyotype evolution combined with multiple episodes of climate and environmental change might explain the almost instantaneous divergence of the four gibbon genera. Positive selection on genes involved in forelimb development and connective tissue might have been related to gibbons' unique mode of locomotion in the tropical canopy.

PD-1 blockade unleashes CD8 T cells1, including those specific for mutation-associated neoantigens (MANA), but factors in the tumour microenvironment can inhibit these T cell responses. Single-cell transcriptomics have revealed global T cell dysfunction programs in tumour-infiltrating lymphocytes (TIL). However, the majority of TIL do not recognize tumour antigens2, and little is known about transcriptional programs of MANA-specific TIL. Here, we identify MANA-specific T cell clones using the MANA functional expansion of specific T cells assay3 in neoadjuvant anti-PD-1-treated non-small cell lung cancers (NSCLC). We use their T cell receptors as a 'barcode' to track and analyse their transcriptional programs in the tumour microenvironment using coupled single-cell RNA sequencing and T cell receptor sequencing. We find both MANA- and virus-specific clones in TIL, regardless of response, and MANA-, influenza- and Epstein-Barr virus-specific TIL each have unique transcriptional programs. Despite exposure to cognate antigen, MANA-specific TIL express an incompletely activated cytolytic program. MANA-specific CD8 T cells have hallmark transcriptional programs of tissue-resident memory (TRM) cells, but low levels of interleukin-7 receptor (IL-7R) and are functionally less responsive to interleukin-7 (IL-7) compared with influenza-specific TRM cells. Compared with those from responding tumours, MANA-specific clones from non-responding tumours express T cell receptors with markedly lower ligand-dependent signalling, are largely confined to HOBIThigh TRM subsets, and coordinately upregulate checkpoints, killer inhibitory receptors and inhibitors of T cell activation. These findings provide important insights for overcoming resistance to PD-1 blockade.

Rationale: Mitochondria are semiautonomous cellular organelles with their own genome, which not only supply energy but also participate in cell death pathways. MicroRNAs (miRNAs) are usually 19 to 25 nt long, noncoding RNAs, involved in posttranscriptional gene regulation by binding to the 3′-untranslated regions of target mRNA, which impact on diverse cellular processes. Objective: To determine if nuclear miRNAs translocate into the mitochondria and regulate mitochondrial function with possible pathophysiological implications in cardiac myocytes. Methods and Results: We find that miR-181c is encoded in the nucleus, assembled in the cytoplasm, and finally translocated into the mitochondria of cardiac myocytes. Immunoprecipitation of Argonaute 2 from the mitochondrial fraction indicates binding of cytochrome c oxidase subunit 1 (mt-COX1) mRNA from the mitochondrial genome with miR-181c. Also, a luciferase reporter construct shows that mi-181c binds to the 3′UTR of mt-COX1. To study whether miR-181c regulates mt-COX1, we overexpressed precursor miR-181c (or a scrambled sequence) in primary cultures of neonatal rat ventricular myocytes. Overexpression of miR-181c did not change mt-COX1 mRNA but significantly decreased mt-COX1 protein, suggesting that miR-181c is primarily a translational regulator of mt-COX1. In addition to altering mt-COX1, overexpression of miR-181c results in increased mt-COX2 mRNA and protein content, with an increase in both mitochondrial respiration and reactive oxygen species generation in neonatal rat ventricular myocytes. Thus, our data show for the first time that miR-181c can enter and target the mitochondrial genome, ultimately causing electron transport chain complex IV remodeling and mitochondrial dysfunction. Conclusions: Nuclear miR-181c translocates into the mitochondria and regulates mitochondrial genome expression. This unique observation may open a new dimension to our understanding of mitochondrial dynamics and the role of miRNA in mitochondrial dysfunction.

Nuclear organization has been implicated in regulating gene activity. Recently, large developmentally regulated regions of the genome dynamically associated with the nuclear lamina have been identified. However, little is known about how these lamina-associated domains (LADs) are directed to the nuclear lamina. We use our tagged chromosomal insertion site system to identify small sequences from borders of fibroblast-specific variable LADs that are sufficient to target these ectopic sites to the nuclear periphery. We identify YY1 (Ying-Yang1) binding sites as enriched in relocating sequences. Knockdown of YY1 or lamin A/C, but not lamin A, led to a loss of lamina association. In addition, targeted recruitment of YY1 proteins facilitated ectopic LAD formation dependent on histone H3 lysine 27 trimethylation and histone H3 lysine di- and trimethylation. Our results also reveal that endogenous loci appear to be dependent on lamin A/C, YY1, H3K27me3, and H3K9me2/3 for maintenance of lamina-proximal positioning.

L1 retrotransposons comprise 17% of the human genome and are its only autonomous mobile elements. Although L1-induced insertional mutagenesis causes Mendelian disease, their mutagenic load in cancer has been elusive. Using L1-targeted resequencing of 16 colorectal tumor and matched normal DNAs, we found that certain cancers were excessively mutagenized by human-specific L1s, while no verifiable insertions were present in normal tissues. We confirmed de novo L1 insertions in malignancy by both validating and sequencing 69/107 tumor-specific insertions and retrieving both 5′ and 3′ junctions for 35. In contrast to germline polymorphic L1s, all insertions were severely 5′ truncated. Validated insertion numbers varied from up to 17 in some tumors to none in three others, and correlated with the age of the patients. Numerous genes with a role in tumorigenesis were targeted, including ODZ3 , ROBO2 , PTPRM , PCM1 , and CDH11 . Thus, somatic retrotransposition may play an etiologic role in colorectal cancer.

Significance DNA transposons that translocate by excision from a donor site and insertion into a target site are often used for genome engineering by insertional mutagenesis and transgenesis. The piggyBac element is especially useful because it can excise precisely from an insertion site, restoring the site to its pretransposon state. Precise excision is particularly useful when transient transgenesis is needed, for example, in the transient introduction of transcription factors for induced pluripotent stem cell production. We have used mutagenesis to generate an Excision + Integration − transposase that allows piggyBac excision without potentially harmful reintegration. These mutations likely lie in a target DNA-binding domain.

Abstract Motivation Genomics features with similar genomewide distributions are generally hypothesized to be functionally related, for example, co-localization of histones and transcription start sites indicate chromatin regulation of transcription factor activity. Therefore, statistical algorithms to perform spatial, genomewide correlation among genomic features are required. Results Here, we propose a method, StereoGene, that rapidly estimates genomewide correlation among pairs of genomic features. These features may represent high throughput data mapped to reference genome or sets of genomic annotations in that reference genome. StereoGene enables correlation of continuous data directly, avoiding the data binarization and subsequent data loss. Correlations are computed among neighboring genomic positions using kernel correlation. Representing the correlation as a function of the genome position, StereoGene outputs the local correlation track as part of the analysis. StereoGene also accounts for confounders such as input DNA by partial correlation. We apply our method to numerous comparisons of ChIP-Seq datasets from the Human Epigenome Atlas and FANTOM CAGE to demonstrate its wide applicability. We observe the changes in the correlation between epigenomic features across developmental trajectories of several tissue types consistent with known biology, and find a novel spatial correlation of CAGE clusters with donor splice sites and with poly(A) sites. These analyses provide examples for the broad applicability of StereoGene for regulatory genomics. Availability The StereoGene C++ source code, program documentation, Galaxy integration scripts and examples are available from the project homepage http://stereogene.bioinf.fbb.msu.ru/ Contact favorov@sensi.org Supplementary information Supplementary data are available online.

Somatic mutations are desirable targets for selective elimination of cancer, yet most are found within noncoding regions. We have adapted the CRISPR-Cas9 gene editing tool as a novel, cancer-specific killing strategy by targeting the subset of somatic mutations that create protospacer adjacent motifs (PAMs), which have evolutionally allowed bacterial cells to distinguish between self and non-self DNA for Cas9-induced double strand breaks. Whole genome sequencing (WGS) of paired tumor minus normal (T-N) samples from three pancreatic cancer patients (Panc480, Panc504, and Panc1002) showed an average of 417 somatic PAMs per tumor produced from single base substitutions. Further analyses of 591 paired T-N samples from The International Cancer Genome Consortium found medians of ∼455 somatic PAMs per tumor in pancreatic, ∼2800 in lung, and ∼3200 in esophageal cancer cohorts. Finally, we demonstrated 69-99% selective cell death of three targeted pancreatic cancer cell lines using 4-9 sgRNAs designed using the somatic PAM discovery approach. We also showed no off-target activity from these tumor-specific sgRNAs in either the patient's normal cells or an irrelevant cancer using WGS. This study demonstrates the potential of CRISPR-Cas9 as a novel and selective anti-cancer strategy, and supports the genetic targeting of adult cancers.