We adapted UV CLIP (cross-linking immunoprecipitation) to accurately locate tens of thousands of m 6 A residues in mammalian mRNA with single-nucleotide resolution. More than 70% of these residues are present in the 3′-most (last) exons, with a very sharp rise (sixfold) within 150–400 nucleotides of the start of the last exon. Two-thirds of last exon m 6 A and >40% of all m 6 A in mRNA are present in 3′ untranslated regions (UTRs); contrary to earlier suggestions, there is no preference for location of m 6 A sites around stop codons. Moreover, m 6 A is significantly higher in noncoding last exons than in next-to-last exons harboring stop codons. We found that m 6 A density peaks early in the 3′ UTR and that, among transcripts with alternative polyA (APA) usage in both the brain and the liver, brain transcripts preferentially use distal polyA sites, as reported, and also show higher proximal m 6 A density in the last exons. Furthermore, when we reduced m6A methylation by knocking down components of the methylase complex and then examined 661 transcripts with proximal m6A peaks in last exons, we identified a set of 111 transcripts with altered (approximately two-thirds increased proximal) APA use. Taken together, these observations suggest a role of m 6 A modification in regulating proximal alternative polyA choice.

Abstract microRNAs (miRNAs) act as sequence-specific guides for Argonaute (AGO) proteins, which mediate posttranscriptional silencing of target messenger RNAs. Despite their importance in many biological processes, rules governing AGO–miRNA targeting are only partially understood. Here we report a modified AGO HITS-CLIP strategy termed CLEAR (covalent ligation of endogenous Argonaute-bound RNAs)-CLIP, which enriches miRNAs ligated to their endogenous mRNA targets. CLEAR-CLIP mapped ∼130,000 endogenous miRNA–target interactions in mouse brain and ∼40,000 in human hepatoma cells. Motif and structural analysis define expanded pairing rules for over 200 mammalian miRNAs. Most interactions combine seed-based pairing with distinct, miRNA-specific patterns of auxiliary pairing. At some regulatory sites, this specificity confers distinct silencing functions to miRNA family members with shared seed sequences but divergent 3′-ends. This work provides a means for explicit biochemical identification of miRNA sites in vivo , leading to the discovery that miRNA 3′-end pairing is a general determinant of AGO binding specificity.

Alternative splicing is a vast source of biological regulation and diversity that is misregulated in cancer and other diseases. To investigate global control of alternative splicing in human cells, we analyzed splicing of mRNAs encoding Bcl2 family apoptosis factors in a genome-wide siRNA screen. The screen identified many regulators of Bcl-x and Mcl1 splicing, notably an extensive network of cell-cycle factors linked to aurora kinase A. Drugs or siRNAs that induce mitotic arrest promote proapoptotic splicing of Bcl-x, Mcl1, and caspase-9 and alter splicing of other apoptotic transcripts. This response precedes mitotic arrest, indicating coordinated upregulation of prodeath splice variants that promotes apoptosis in arrested cells. These shifts correspond to posttranslational turnover of splicing regulator ASF/SF2, which directly binds and regulates these target mRNAs and globally regulates apoptosis. Broadly, our results reveal an alternative splicing network linking cell-cycle control to apoptosis.

The identification of sites where RNA-binding proteins (RNABPs) interact with target RNAs opens the door to understanding the vast complexity of RNA regulation. UV cross-linking and immunoprecipitation (CLIP) is a transformative technology in which RNAs purified from in vivo cross-linked RNA-protein complexes are sequenced to reveal footprints of RNABP:RNA contacts. CLIP combined with high-throughput sequencing (HITS-CLIP) is a generalizable strategy to produce transcriptome-wide maps of RNA binding with higher accuracy and resolution than standard RNA immunoprecipitation (RIP) profiling or purely computational approaches. The application of CLIP to Argonaute proteins has expanded the utility of this approach to mapping binding sites for microRNAs and other small regulatory RNAs. Finally, recent advances in data analysis take advantage of cross-link–induced mutation sites (CIMS) to refine RNA-binding maps to single-nucleotide resolution. Once IP conditions are established, HITS-CLIP takes ∼8 d to prepare RNA for sequencing. Established pipelines for data analysis, including those for CIMS, take 3–4 d.

Abstract Gene tree discordance in large genomic datasets can be caused by evolutionary processes such as incomplete lineage sorting and hybridization, as well as model violation, and errors in data processing, orthology inference, and gene tree estimation. Species tree methods that identify and accommodate all sources of conflict are not available, but a combination of multiple approaches can help tease apart alternative sources of conflict. Here, using a phylotranscriptomic analysis in combination with reference genomes, we test a hypothesis of ancient hybridization events within the plant family Amaranthaceae s.l. that was previously supported by morphological, ecological, and Sanger-based molecular data. The dataset included seven genomes and 88 transcriptomes, 17 generated for this study. We examined gene-tree discordance using coalescent-based species trees and network inference, gene tree discordance analyses, site pattern tests of introgression, topology tests, synteny analyses, and simulations. We found that a combination of processes might have generated the high levels of gene tree discordance in the backbone of Amaranthaceae s.l. Furthermore, we found evidence that three consecutive short internal branches produce anomalous trees contributing to the discordance. Overall, our results suggest that Amaranthaceae s.l. might be a product of an ancient and rapid lineage diversification, and remains, and probably will remain, unresolved. This work highlights the potential problems of identifiability associated with the sources of gene tree discordance including, in particular, phylogenetic network methods. Our results also demonstrate the importance of thoroughly testing for multiple sources of conflict in phylogenomic analyses, especially in the context of ancient, rapid radiations. We provide several recommendations for exploring conflicting signals in such situations.

ABSTRACT Premise of the study: We describe a field and lab workflow developed for plant phylotranscriptomic projects, involving field collected cryogenic tissues, RNA extraction and quality control, and library preparation. We also make recommendations for sample curation. Methods and Results: 216 frozen tissue samples of Caryophyllales and other angiosperm taxa were collected from the field or botanical gardens and were subjected to RNA extraction, stranded mRNA library preparation and sequencing on Illumina HiSeq platforms. These include difficult mucilaginous tissues such as those of Cactaceae and Droseraceae. Conclusions: Our workflow is not only cost effective (~$270 per sample, as of August 2016, from tissue to reads) and time efficient (~5 hours a sample including all lab work and sample curation), but has proven robust for extraction of difficult samples such as tissues containing high levels of secondary compounds.

The carnivorous members of the large, hyperdiverse Caryophyllales (e.g. Venus flytrap, sundews and Nepenthes pitcher plants) represent perhaps the oldest and most diverse lineage of carnivorous plants. However, despite numerous studies seeking to elucidate their evolutionary relationships, the early-diverging relationships remain unresolved. To explore the utility of phylogenomic data sets for resolving relationships among the carnivorous Caryophyllales, we sequenced ten transcriptomes, including all the carnivorous genera except those in the rare West African liana family (Dioncophyllaceae). We used a variety of methods to infer the species tree, examine gene tree conflict and infer paleopolyploidy events. Phylogenomic analyses support the monophyly of the carnivorous Caryophyllales, with an origin of 68-83 mya. In contrast to previous analyses recover the remaining non-core Caryophyllales as non-monophyletic, although there are multiple reasons this result may be spurious and node supporting this relationship contains a significant amount gene tree discordance. We present evidence that the clade contains at least seven independent paleopolyploidy events, previously debated nodes from the literature have high levels of gene tree conflict, and taxon sampling influences topology even in a phylogenomic data set. Our data demonstrate the importance of carefully considering gene tree conflict and taxon sampling in phylogenomic analyses. Moreover, they provide a remarkable example of the propensity for paleopolyploidy in angiosperms, with at least seven such events in a clade of less than 2500 species.

Abstract The recognition of antigenic peptide-MHC (pMHC) molecules by T-cell receptors (TCR) initiates the T-cell mediated immune response. Structural characterization is key for understanding the specificity of TCR-pMHC interactions and informing the development of therapeutics. Despite the rapid rise of single particle cryoelectron microscopy (cryoEM), x-ray crystallography has remained the preferred method for structure determination of TCR-pMHC complexes. Here, we report cryoEM structures of two distinct full-length α/β TCR-CD3 complexes bound to their pMHC ligand, the cancer-testis antigen HLA-A2/MAGEA4 (230-239). We also determined cryoEM structures of pMHCs containing MAGEA4 (230-239) peptide and the closely related MAGEA8 (232-241) peptide in the absence of TCR, which provided a structural explanation for the MAGEA4 preference displayed by the TCRs. These findings provide insights into the TCR recognition of a clinically relevant cancer antigen and demonstrate the utility of cryoEM for high-resolution structural analysis of TCR-pMHC interactions.

Abstract Activation of the chemokine receptor CXCR4 by its chemokine ligand CXCL12 regulates diverse cellular processes. CXCR4 also serves as a key target for diseases such as cancer and HIV. Previously reported crystal structures of CXCR4 bound to antagonists revealed the architecture of an inactive, homodimeric receptor. However, many structural aspects of CXCR4 remain poorly understood, including its activation by CXCL12, as well as its assembly into higher-order oligomers. Here, we use cryoelectron microscopy (cryoEM) to investigate various modes of CXCR4 regulation in the presence and absence of G i protein. CXCL12 activates CXCR4 by inserting its N-terminus deep into the CXCR4 orthosteric pocket. The binding of FDA-approved antagonist AMD3100 is stabilized by electrostatic interactions with acidic residues in the 7 transmembrane helix bundle. A potent antibody blocker, REGN7663, binds across the extracellular face of CXCR4 and inserts its CDR-H3 loop into the orthosteric pocket. Trimeric and tetrameric structures of CXCR4 reveal, to our knowledge, previously undescribed modes of GPCR oligomerization. Remarkably, CXCR4 adopts distinct subunit conformations in trimeric and tetrameric assemblies, highlighting how oligomerization could allosterically regulate chemokine receptor function.

Activation of the chemokine receptor CXCR4 by its chemokine ligand CXCL12 regulates diverse cellular processes. Previously reported crystal structures of CXCR4 revealed the architecture of an inactive, homodimeric receptor. However, many structural aspects of CXCR4 remain poorly understood. Here, we use cryo-electron microscopy to investigate various modes of human CXCR4 regulation. CXCL12 activates CXCR4 by inserting its N terminus deep into the CXCR4 orthosteric pocket. The binding of US Food and Drug Administration-approved antagonist AMD3100 is stabilized by electrostatic interactions with acidic residues in the seven-transmembrane-helix bundle. A potent antibody blocker, REGN7663, binds across the extracellular face of CXCR4 and inserts its complementarity-determining region H3 loop into the orthosteric pocket. Trimeric and tetrameric structures of CXCR4 reveal modes of G-protein-coupled receptor oligomerization. We show that CXCR4 adopts distinct subunit conformations in trimeric and tetrameric assemblies, highlighting how oligomerization could allosterically regulate chemokine receptor function.