Isabelle Janoueix-Lerosey, Valentina Boeva and colleagues analyze the super-enhancer landscape of 25 neuroblastoma cell lines to define core regulatory circuits controlling gene expression programs. They find and functionally characterize two types of cell identity that contribute to the tumor heterogeneity of neuroblastoma. Neuroblastoma is a tumor of the peripheral sympathetic nervous system1, derived from multipotent neural crest cells (NCCs). To define core regulatory circuitries (CRCs) controlling the gene expression program of neuroblastoma, we established and analyzed the neuroblastoma super-enhancer landscape. We discovered three types of identity in neuroblastoma cell lines: a sympathetic noradrenergic identity, defined by a CRC module including the PHOX2B, HAND2 and GATA3 transcription factors (TFs); an NCC-like identity, driven by a CRC module containing AP-1 TFs; and a mixed type, further deconvoluted at the single-cell level. Treatment of the mixed type with chemotherapeutic agents resulted in enrichment of NCC-like cells. The noradrenergic module was validated by ChIP-seq. Functional studies demonstrated dependency of neuroblastoma with noradrenergic identity on PHOX2B, evocative of lineage addiction. Most neuroblastoma primary tumors express TFs from the noradrenergic and NCC-like modules. Our data demonstrate a previously unknown aspect of tumor heterogeneity relevant for neuroblastoma treatment strategies.

We have previously demonstrated that the envelope proteins of a murine and primate retrovirus are immunosuppressive in vivo. This property was manifested by the ability of the proteins, when expressed by allogeneic tumor cells normally rejected by engrafted mice, to have the env-expressing cells escape (at least transiently) immune rejection. Here, we analyzed the immunosuppressive activity of the human and murine syncytins. These are envelope genes from endogenous retroviruses independently coopted by ancestral hosts, conserved in evolution, specifically expressed in the placenta, and with a cell-cell fusogenic activity likely contributing to placenta morphogenesis. We show that in both humans and mice, one of the two syncytins (human syncytin-2 and mouse syncytin-B) is immunosuppressive and, rather unexpectedly, the other (human syncytin-1 and mouse syncytin-A) is not (albeit able to induce cell-cell fusion). Delineation of the immunosuppressive domain by deletion analysis, combined with a comparison between immunosuppressive and nonimmunosuppressive sequences, allowed us to derive a mutation rule targeted to specific amino acids, resulting in selective switch from immunosuppressive to nonimmunosuppressive envelope proteins and vice versa. These results unravel a critical function of retroviral envelopes, not necessarily "individually" selected for in the retrovirus endogenization process, albeit "tandemly" conserved in evolution for the syncytin pairs in primates and Muridae. Selective inactivation of immunosuppression, under conditions not affecting fusogenicity, should be important for understanding the role of this function in placental physiology and maternofetal tolerance.

Abstract Epigenetic mechanisms are essential to establish and safeguard cellular identities in mammals. They dynamically regulate the expression of genes, transposable elements, and higher-order chromatin structures. Expectedly, these chromatin marks are indispensable for mammalian development and alterations often lead to diseases such as cancer. Molecularly, epigenetic mechanisms rely on factors to establish patterns, interpret them into a transcriptional output, and maintain them across cell divisions. A global picture of these phenomena has started to emerge over the years, yet many of the molecular actors remain to be discovered. In this context, we have developed a reporter system sensitive to epigenetic perturbations to report on repressive pathways based on Dazl, which is normally repressed in mouse ES cells. We used this system for a genome-wide CRISPR knock-out screen, which yielded expected hits (DNMT1, UHRF1, MGA), as well as novel candidates. We prioritized the candidates by secondary screens, and led further experiments on 6 of them: ZBTB14, KDM5C, SPOP, MCM3AP, BEND3, and KMT2D. Our results show that all 6 candidates regulate the expression of germline genes. In addition, we find that removal of ZBTB14, KDM5C, SPOP and MCM3AP led to similar transcriptional responses, including a reactivation of the 2-cell like cell (2CLC) signature. Therefore, our genetic screen has identified new regulators of key cellular states.

ABSTRACT A quantitative description of the molecular networks that sustain morphogenesis is one of the challenges of developmental biology. Specifically, a molecular understanding of the segmentation of the antero-posterior axis in vertebrates has yet to be achieved. This process known as somitogenesis is believed to result from the interactions between a genetic oscillator and a posterior-moving determination wavefront. Here we quantitatively study and perturb the network in zebrafish that sustains this wavefront and compare our observations to a model whereby the wavefront is due to a switch between stable states resulting from reciprocal negative feedbacks of Retinoic Acid (RA) on the activation of ERK and of ERK on RA synthesis. This model quantitatively accounts for the near linear shortening of the post-somitic mesoderm (PSM) in response to the observed exponential decrease during somitogenesis of the mRNA concentration of a morphogen (Fgf8). It also accounts for the observed dynamics of the PSM when the molecular components of the network are perturbed. The generality of our model and its robustness allows for its test in other model organisms.

ABSTRACT Fluorescence-free micro-manipulation of nucleic acids (NA) allows the functional characterization of DNA/RNA processing proteins, without the interference of labels, but currently fails to detect and quantify their binding. To overcome this limitation, we developed a new method based on single-molecule force spectroscopy, called kinetic locking , that allows a direct in vitro visualization of protein binding while avoiding any kind of chemical disturbance of the protein’s natural function. We validate kinetic locking by measuring accurately the hybridization energy of ultrashort nucleotides (5,6,7 bases) and use it to measure the dynamical interactions of E. coli RecQ helicase with its DNA substrate.

Why does a normal cell possibly harboring genetic mutations in oncogene or tumor suppressor genes becomes malignant and develop a tumor is a subject of intense debate. Various theories have been proposed but their experimental test has been hampered by the unpredictable and improbable malignant transformation of single cells. Here using an optogenetic approach we permanently turn on an oncogene (KRASG12V) in a single cell of a zebrafish brain that, only in synergy with the transient co-activation of a reprogramming factor (VENTX/NANOG/OCT4), undergoes a deterministic malignant transition and robustly and reproducibly develops within 6 days into a full-blown tumor. The controlled way in which a single cell can thus be manipulated to give rise to cancer lends support to the "ground state theory of cancer initiation" through "short-range dispersal" of the first malignant cells preceding tumor growth.

Energy balance disruption due to excess of food is considered to be one of the major players in the current worldwide obesity pandemic. In rodents, a high fat diet (HFD) induces not only obesity, but also inflammation and mitochondrial dysfunctions. To identify factors underlying diet-induced obesity (DIO) resistance we compared the wild-derived mouse strain WSB/EiJ, characterized by a striking resistance to DIO, with the more DIO-sensitive C57BL/6J strain. We analysed circulating levels of lipids, cytokines and adipokines as well as hypothalamic markers of inflammatory status and mitochondrial activity in both strains exposed to HFD for three days (3d) or eight weeks (8wk). To identify hypothalamic genes potentially involved in these differential regulations, we analysed the expression levels of 86 genes related to inflammation and mitochondrial pathways by high throughput microfluidic qPCR on RNA extracted from hypothalamic nuclei of the two strains of mice, under the different HFD treatments. After 3d and 8wk HFD, C57BL/6J mice, in contrast to WSB/EiJ, displayed significantly increased body weight gain, circulating levels of leptin, cholesterol, HDL and LDL. WSB/EiJ mice displayed a lower inflammatory status, both peripherally (lower levels of circulating cytokines) and centrally (less activated microglia in the hypothalamus) as well as more reactive mitochondria in the hypothalamus. Principal Component Analysis and gene ontology analysis of gene expression data allowed identifying the metabolic pathways involved. Strain-specific differential expression of several individual hypothalamic genes as well as differential effects of HFD between strains reinforced these results. Thus, adaptation to metabolic stress in the DIO-resistant WSB/EiJ strain implicates enhanced lipid metabolism, lower peripheral and hypothalamic inflammatory status and higher mitochondrial activity than in the C57BL/6J strain. These results point to the involvement of the hypothalamic inflammatory and mitochondrial pathways as key factors in the control of energy homeostasis and the resistance to DIO.