Abstract N6-methyladenosine (m6A) modification of RNA plays important roles in normal and cancer biology, but knowledge of its function on long noncoding RNAs (lncRNAs) remains limited. Here, we investigate whether m6A regulates the function of the human HOTAIR lncRNA, which contributes to multiple pro-tumor phenotypes in triple-negative breast cancer (TNBC) cells. We identify at least 8 individual m6A sites within HOTAIR, with a single site (A783) consistently methylated. Mutation of A783 impairs cellular proliferation and invasion in HOTAIR-overexpressing TNBC cells. m6A at A783 regulates HOTAIR’s ability to localize to chromatin and induce gene pathways that affect tumor progression. In contrast, A783U mutant HOTAIR demonstrates loss-of-function and antimorph behaviors by impairing gene expression changes induced by WT HOTAIR and, in some cases, inducing opposite changes in gene expression. HOTAIR interacts with nuclear m6A reader YTHDC1 and high HOTAIR is significantly associated with shorter overall patient survival, particularly in the context of high YTHDC1 . At the molecular level, YTHDC1-HOTAIR interactions are required for chromatin localization and regulation of gene repression. Our work demonstrates how modification of one base in a lncRNA can elicit a distinct gene regulation mechanism and drive disease-associated phenotypic changes such as proliferation and invasion.

ABSTRACT The widespread utilization of high-throughput sequencing technologies has unequivocally demonstrated that eukaryotic transcriptomes consist primarily (>98%) of non-coding RNA (ncRNA) transcripts significantly more diverse than their protein-coding counterparts. ncRNAs are typically divided into two categories based on their length. (1) ncRNAs less than 200 nucleotides (nt) long are referred as small non-coding RNAs (sncRNAs) and include microRNAs (miRNAs), piwi-interacting RNAs (piRNAs), small nucleolar RNAs (snoRNAs), transfer ribonucleic RNAs (tRNAs), etc., and the majority of these are thought to function primarily in controlling gene expression. That said, the full repertoire of sncRNAs remains fairly poorly defined as evidenced by two entirely new classes of sncRNAs only recently being reported, i.e., snoRNA-derived RNAs (sdRNAs) and tRNA-derived fragments (tRFs). (2) ncRNAs longer than 200 nt long are known as long ncRNAs (lncRNAs). lncRNAs represent the 2 nd largest transcriptional output of the cell (behind only ribosomal RNAs), and although functional roles for several lncRNAs have been reported, most lncRNAs remain largely uncharacterized due to a lack of predictive tools aimed at guiding functional characterizations. Importantly, whereas the cost of high-throughput transcriptome sequencing is now feasible for most active research programs, tools necessary for the interpretation of these sequencings typically require significant computational expertise and resources markedly hindering widespread utilization of these datasets. In light of this, we have developed a powerful new ncRNA transcriptomics suite, SALTS, which is highly accurate, markedly efficient, and extremely user-friendly. SALTS stands for S URFR (sncRNA) A nd L AGOOn (lncRNA) T ranscriptomics S uite and offers platforms for comprehensive sncRNA and lncRNA profiling and discovery, ncRNA functional prediction, and the identification of significant differential expressions among datasets. Notably, SALTS is accessed through an intuitive Web-based interface, can be used to analyze either user-generated, standard next-generation sequencing (NGS) output file uploads (e.g., FASTQ) or existing NCBI Sequence Read Archive (SRA) data, and requires absolutely no dataset pre-processing or knowledge of library adapters/oligonucleotides. SALTS constitutes the first publically available, Web-based, comprehensive ncRNA transcriptomic NGS analysis platform designed specifically for users with no computational background, providing a much needed, powerful new resource capable of enabling more widespread ncRNA transcriptomic analyses. The SALTS WebServer is freely available online at http://salts.soc.southalabama.edu .

ABSTRACT Triple negative breast cancer (TNBC) is an aggressive breast cancer subtype for which no effective targeted therapies are available. Growing evidence suggests that chemotherapy-resistant cancer cells with stem-like properties (CSC) may repopulate the tumor. Androgen receptor (AR) is expressed in up to 50% of TNBC, and AR inhibition decreases CSC and tumor initiation. Runt-related transcription factor 1 (RUNX1) correlates with poor prognosis in TNBC and is regulated by AR in prostate cancer. Our group has shown that RUNX1 promotes TNBC cell migration and regulates tumor gene expression. We hypothesized that RUNX1 is regulated by AR and that both may work together in TNBC CSC to promote disease recurrence following chemotherapy. Chromatin immunoprecipitation DNA-sequencing (ChIP-seq) experiments in MDA-MB-453 revealed AR binding to RUNX1 regulatory regions. RUNX1 expression is upregulated by dihydrotestosterone (DHT) in MDA-MB-453 and in HCI-009 patient-derived xenograft (PDX) tumors (p<0.05). RUNX1 is increased in a CSC-like experimental model in MDA-MB-453 and SUM-159PT cells (p<0.05). Inhibition of RUNX1 transcriptional activity reduced the expression of CSC markers. Interestingly, RUNX1 inhibition reduced cell viability and enhanced paclitaxel and enzalutamide sensitivity. Targeting RUNX1 may be an attractive strategy to potentiate the anti-tumor effects of AR inhibition, specifically in the slow growing CSC-like populations that resist chemotherapy leading to metastatic disease.

ABSTRACT Human Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) catalysis of histone H3 lysine 27 methylation at certain loci depends on long noncoding RNAs (lncRNAs). Yet, in apparent contradiction, RNA is a potent catalytic inhibitor of PRC2. Here we show that intermolecular RNA-RNA interactions between the lncRNA HOTAIR and its target genes can relieve RNA inhibition of PRC2. RNA matchmaking is promoted by heterogenous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) B1, which uses multiple protein domains to bind regions of HOTAIR via multi-valent protein-RNA interactions. Chemical probing demonstrates that RNA matchmaking changes HOTAIR RNA structure. Genome-wide HOTAIR/PRC2 activity occurs at genes whose transcripts can make favorable RNA-RNA interactions with HOTAIR. We demonstrate that RNA-RNA matches of HOTAIR with target gene RNAs can relieve the inhibitory effect of a single lncRNA for PRC2 activity. Our work highlights an intrinsic switch that allows PRC2 activity in specific RNA contexts, which could explain how many lncRNAs work with PRC2.

ABSTRACT We have identified 38 specifically excised, differentially expressed snoRNA fragments (sdRNAs) in TCGA prostate cancer (PCa) patient samples as compared to normal prostate controls. SnoRNA-derived fragments sdRNA-D19b and -A24 emerged among the most differentially expressed and were selected for further experimentation. We found that overexpression of either sdRNA significantly increased PC3 (a well-established model of castration-resistant prostate cancer (CRPC)) cell proliferation, and that sdRNA-D19b overexpression also markedly increased the rate of PC3 cell migration. In addition, both sdRNAs provided drug-specific resistances with sdRNA-D19b levels correlating with paclitaxel resistance and sdRNA-24A conferring dasatinib resistance. In silico and in vitro analyses revealed that two established PCa tumor suppressor genes, CD44 and CDK12, represent targets for sdRNA-D19b and sdRNA-A24 respectively. This outlines a biologically coherent mechanism by which sdRNAs downregulate tumor suppressors in AR-PCa to enhance proliferative and metastatic capabilities and to encourage chemotherapeutic resistance. Aggressive proliferation, rampant metastasis, and recalcitrance to chemotherapy are core characteristics of CRPC that synergize to produce a pathology that ranks 2 nd in cancer-related deaths for men. This study defines sdRNA-D19b and -A24 as contributors to AR-PCa potentially providing novel biomarkers and therapeutic targets of use in PCa clinical intervention.

Several studies have now described instances where G-rich sequences in promoters and enhancers regulate gene expression through forming G-quadruplex (G4) structures. Relatedly, our group recently identified 301 long genomic stretches significantly enriched for minimal G4 motifs (LG4s) in humans and found the majority of these overlap annotated enhancers, and furthermore, that the promoters regulated by these LG4 enhancers are similarly enriched with G4-capable sequences. While the generally accepted model for enhancer:promoter specificity maintains that interactions are dictated by enhancer- and promoter-bound transcriptional activator proteins, the current study tested an alternative hypothesis: that LG4 enhancers interact with cognate promoters via a direct G4:G4 DNA-based mechanism. This work establishes the nuclear proximity of LG4 enhancer:promoter pairs, biochemically demonstrates the ability of individual LG4 single-stranded DNAs (ssDNAs) to directly interact target promoter ssDNAs, and confirms that these interactions, as well as the ability of LG4 enhancers to activate target promoters in culture, are mediated by G4 DNA.

Enhancers are genomic sequences that function as regulatory elements capable of increasing the transcription of a given gene often located at a considerable distance. The broadly accepted model of enhancer activation involves bringing an enhancer-bound activator protein complex into close spatial proximity to its target promoter through chromatin looping. Equally relevant to the work described herein, roles for guanine (G) rich sequences in transcriptional regulation are now widely accepted. Non-coding G-rich sequences are commonly found in gene promoters and enhancers, and various studies have described specific instances where G-rich sequences regulate gene expression via their capacity to form G-quadruplex (G4) structures under physiological conditions. In light of this, our group previously performed a search for long human genomic stretches significantly enriched for minimal G4 motifs (referred to as LG4s herein) leading to the identification of 301 LG4 loci with a density of at least 80 GGG repeats / 1,000 basepairs (bp) and averaging 1,843 bp in length. Further, in agreement with previous reports indicating that minimal G4s are highly enriched in promoters and enhancers, we found 217/301 LG4 sequences overlap a GeneHancer annotated enhancer, and the gene promoters regulated by these LG4 enhancers were found to be similarly, markedly enriched with G4-capable sequences. Importantly, while the generally accepted model for enhancer:promoter specificity maintains that interactions are dictated by enhancer- and promoter-bound transcriptional activator proteins, the current study was designed to test an alternative hypothesis: that LG4 enhancers physically interact with their cognate promoters via a direct G4:G4 DNA-based mechanism. As such, this work employs a combination of informatic mining and locus-specific immunoprecipitation strategies to establish the spatial proximity of enhancer:promoter pairs within the nucleus then biochemically confirms the ability of individual LG4 ssDNAs to directly and specifically interact with DNA sequences found in their target promoters. In addition, we also identify four single nucleotide polymorphisms (SNPs), occurring within a LG4 enhancer on human chromosome 5, significantly associated with Cystic Fibrosis (CF) lung disease severity (avg. p value = 2.83E-9), presumably due to their effects on the expressions of CF-relevant genes directly regulated by this LG4 enhancer (e.g., EXOC3 and CEP72). Graphical Abstract In brief: LG4 enhancers physically interact with gene promoters by forming composite G4 structures where both the LG4 and cognate promoter contribute half of the necessary sequence for G4 formation.

Methylation at the N6 position of adenosine (m6A) is one of the most abundant RNA modifications found in eukaryotes, however accurate detection of specific m6A nucleotides within transcripts has been historically challenging due to m6A and unmodified adenosine having virtually indistinguishable chemical properties. While previous strategies such as methyl-RNA immunoprecipitation and sequencing (MeRIP-Seq) have relied on m6A-specific antibodies to isolate RNA fragments containing the modification, these methods do not allow for precise identification of individual m6A residues. More recently, modified cross-linking and immunoprecipitation (CLIP) based approaches that rely on inducing specific mutations during reverse transcription via UV crosslinking of the anti-m6A antibody to methylated RNA have been employed to overcome this limitation. However, the most utilized version of this approach, miCLIP, can be technically challenging to use for achieving high-complexity libraries. Here we present an improved methodology that yields high library complexity and allows for the straightforward identification of individual m6A residues with reliable confidence metrics. Based on enhanced CLIP (eCLIP), our m6A-eCLIP (meCLIP) approach couples the improvements of eCLIP with the inclusion of an input sample and an easy-to-use computational pipeline to allow for precise calling of m6A sites at true single nucleotide resolution. As the effort to accurately identify m6As in an efficient and straightforward way intensifies, this method is a valuable tool for investigators interested in unraveling the m6A epitranscriptome.

ABSTRACT Salmonella Outer Membrane Vesicles (OMVs) were recently shown to inhibit P22 bacteriophage infection. Furthermore, despite there being several published reports now independently describing (1) the marked prevalence of tRFs within secreted vesicle transcriptomes and (2) roles for specific tRFs in facilitating/inhibiting viral replication, there have been no examinations of the effects of vesicle-secreted tRFs on viral infection reported to date. Notably, while specific tRFs have been reported in a number of bacteria, the tRFs expressed by salmonellae have not been previously characterized. As such, we recently screened small RNA-seq datasets for the presence of recurrent, specifically excised tRFs and identified 31 recurrent, relatively abundant tRFs expressed by Salmonella enterica serovar Typhimurium (SL1344). What’s more, we find S . Typhimurium OMVs contain significant levels of tRFs highly complementary to known Salmonella enterica -infecting bacteriophage with 17 of 31 tRFs bearing marked complementarity to at least one known Salmonella enterica -infecting phage (averaging 97.4% complementarity over 22.9 nt). Most notably, tRNA-Thr-CGT-1-1, 44-73, bears 100% sequence complementary over its entire 30 nt length to 29 distinct, annotated Salmonella enterica -infecting bacteriophage including P22. Importantly, we find inhibiting this tRF in secreted OMVs improves P22 infectivity in a dose dependent manner whereas raising OMV tRF levels conversely inhibits P22 infectivity. Furthermore, we find P22 phage pre-incubation with OMVs isolated from naïve, control SL1344 S . Typhimurium, successfully rescues the ability of S . Typhimurium transformed with a specific tRNA-Thr-CGT-1-1, 44-73 tRF inhibitor to defend against P22. Collectively, these experiments confirm tRFs secreted in S . Typhimurium OMVs are directly involved with and required for the ability of OMVs to defend against bacteriophage predation. As we find the majority of OMV tRFs are highly complementary to an array of known Salmonella enterica -infecting bacteriophage, we suggest OMV tRFs may primarily function as a broadly acting, previously uncharacterized innate antiviral defense.