Abstract The aims of our study were to verify whether it was possible to generate in vitro, from different adult human tissues, a population of cells that behaved, in culture, as multipotent stem cells and if these latter shared common properties. To this purpose, we grew and cloned finite cell lines obtained from adult human liver, heart, and bone marrow and named them human multipotent adult stem cells (hMASCs). Cloned hMASCs, obtained from the 3 different tissues, expressed the pluripotent state–specific transcription factors Oct-4, NANOG, and REX1, displayed telomerase activity, and exhibited a wide range of differentiation potential, as shown both at a morphologic and functional level. hMASCs maintained a human diploid DNA content, and shared a common gene expression signature, compared with several somatic cell lines and irrespectively of the tissue of isolation. In particular, the pathways regulating stem cell self-renewal/maintenance, such as Wnt, Hedgehog, and Notch, were transcriptionally active. Our findings demonstrate that we have optimized an in vitro protocol to generate and expand cells from multiple organs that could be induced to acquire morphologic and functional features of mature cells even embryologically not related to the tissue of origin.

ABSTRACT Alternative splicing (AS) appears to be altered in Huntington’s disease (HD), but its significance for early, pre-symptomatic disease stages has not been inspected. Here, taking advantage of Htt CAG knock-in mouse in vitro and in vivo models, we demonstrate a strong correlation between Htt CAG repeat length and increased aberrant linear AS, specifically affecting neural progenitors and, in vivo, the striatum prior to overt behavioral phenotypes stages. Remarkably, expanded Htt CAG repeats reflect on a previously neglected, global impairment of back-splicing, leading to decreased circular RNAs production in neural progenitors. Though the mechanisms of this dysregulation remain uncertain, our study unveils network of transcriptionally altered micro-RNAs and RNA-binding proteins (CELF, hnRNPS, PTBP, SRSF) which, in turn, might influence the AS machinery, primarily in neural cells. We suggest that this unbalanced expression of linear and circular RNAs might result in altered neural fitness, contributing to HD striatal vulnerability.

ABSTRACT The base excision repair (BER) Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) enzyme is endowed with several non-repair activities including miRNAs processing. APE1 is overexpressed in many cancers but its causal role in the tumorigenic processes is largely unknown. We recently described that APE1 can be actively secreted by mammalian cells through exosomes. However, APE1 role in EVs or exosomes is still unknown, especially regarding a putative regulatory function on small non-coding RNAs vesicular secretion. Through dedicated transcriptomic analysis on cellular and vesicular small RNAs of different APE1-depleted cancer cell lines, we found that miRNAs loading into EVs is a regulated process, dependent on APE1, distinctly conveying RNA subsets into vesicles. We identified APE1-dependent secreted miRNAs characterized by enriched sequence motifs and possible binding sites for APE1. In 33 out of 34 APE1-dependent-miRNA precursors, we surprisingly found EXO-motifs and proved that APE1 cooperates with hnRNPA2B1 for the EV-sorting of a subset of miRNAs, including miR-1246, through direct binding to GGAG stretches. Using TCGA-datasets, we showed that these miRNAs identify a signature with high prognostic significance in cancer. In summary, we provided evidence that APE1 is part of the protein cargo of secreted EVs, suggesting a novel post-transcriptional role for this ubiquitous DNA-repair enzyme that could explain its role in cancer progression.

Disruptive mutations in the chromodomain helicase DNA binding protein 8 (CHD8) have been recurrently associated with Autism Spectrum Disorders (ASD). In normal cellular physiology, CHD8 co-purifies with MLL1 and MOF transcriptional activation complex, with elongating RNAPII and directly binds to DNA promoters and enhancers regions, thus a regulatory role in transcriptional initiation and elongation could be postulated. Here we investigated how chromatin landscape reacts to CHD8 suppression by analyzing a panel of histone modifications in induced pluripotent stem cell-derived neural progenitors. We interrogated transcriptionally active and repressed regions, as well as active and poised enhancers. CHD8 suppression led to significant reduction (47.82%) in histone H3K36me3 peaks at gene bodies, particularly impacting on transcriptional elongation chromatin states. H3K36me3 reduction specifically affects highly expressed, CHD8-bound genes. Histone H3K36me3 reduction associated to CHD8-suppression does not functionally impact on global transcriptional levels, but correlated with altered alternative splicing patterns of ~ 2000 protein coding genes implicated in 'RNA splicing', 'mitotic cell cycle phase transition' and 'mRNA processing', especially affecting alternative first exon and exon skipping events. In summary, our results point toward broad molecular consequences of CHD8 suppression, implicating altered histone deposition/maintenance and RNA processing regulation as important regulatory processes in ASD.

Abstract Lipopolysaccharide exposure to macrophages induces an inflammatory response that is heavily regulated at the transcriptional and post-transcriptional levels. HuR (ELAVL1) is an RNA binding protein that binds and regulates the maturation and half-life of AU/U rich elements (ARE) containing cytokines and chemokines transcripts, mediating the LPS-induced response. Here we investigated how and to what extent small molecule tanshinone mimics (TMs) inhibiting HuR-RNA interaction counteract LPS stimulus in macrophages. We show TMs exist in solution in keto-enolic tautomerism and that, by molecular dynamic calculations, the orto quinone form is the bioactive species interacting with HuR and inhibiting its binding mode vs mRNA targets. A chemical blockage of the diphenolic, reduced form as a diacetate caused the loss of activity of TMs in vitro but resulted to prodrug-like activity in vivo . The murine macrophage cell line RAW264.7 was treated with LPS and TMs, and the modulation of cellular LPS-induced response was monitored by RNA and Ribonucleoprotein immunoprecipitation sequencing. Correlation analyses indicated that LPS induced a strong coupling between differentially expressed genes and HuR-bound genes, and that TMs reduced such interactions. Functional annotation addressed a specific set of genes involved in chemotaxis and immune response, such as Cxcl10, Il1b, Cd40 , and Fas , with a decreased association with HuR, a reduction of their expression and protein secretion. The same effect was observed in primary murine bone marrow-derived macrophages, and in vivo in an LPS induced peritonitis model, in which the serum level of Cxcl10 and Il1b was strongly reduced, endowing TMs such as TM7nox with remarkable anti-inflammatory properties in vivo .

Abstract The overexpression of the ecotropic viral integration site-1 gene ( EVI1/MECOM ) marks the most lethal acute myeloid leukemia (AML) subgroup carrying chromosome 3q26 abnormalities. By taking advantage of the intersectionality of high-throughput cell-based and gene expression screens selective and pan-histone deacetylase inhibitors (HDACis) emerge as potent repressors of EVI1 . To understand the mechanism driving on-target anti-leukemia activity of this compound class, here we dissect the expression dynamics of the bone marrow leukemia cells of patients treated with HDACi and reconstitute the EVI1 chromatin-associated co-transcriptional complex merging on the role of proliferation-associated 2G4 (PA2G4) protein. PA2G4 overexpression rescues AML cells from the inhibitory effects of HDACis, while genetic and small molecule inhibition of PA2G4 abrogates EVI1 in 3q26 AML cells, including in patient-derived leukemia xenografts. This study positions PA2G4 at the crosstalk of the EVI1 leukemogenic signal for developing new therapeutics and urges the use of HDACis-based combination therapies in patients with 3q26 AML.

Abstract Major driver oncogenes CMYC , mutant KRA S and mutant TP53 often co-exist and cooperate in promoting human neoplasia. By CRISPR-Cas9-mediated downregulation we determined their proteomics and transcriptomics downstream programs in a panel of cell lines with activated either single or three oncogenes – in cancers of lung, colon and pancreas. This allowed to define and screen the oncogenes’ common functional program for anti-cancer target candidates, and find protocols which efficiently kill cancer cells and organoids by targeting pathways represented by a signature of three genes: RUVBL1, HSPA9 and XPO1 . We found that these genes were controlled by the driver oncoproteins in a redundant or competitive manner, rather than by cooperation. Each oncoprotein individually was able to upregulate the three target genes, while upon oncogene co-expression each target was controlled preferably by a specific oncoprotein which reduced the influence of the others. Mechanistically this redundancy was mediated by parallel routes of the target gene activation – as in the case of mutant KRAS signaling to C-JUN and GLI-2 transcription factors bypassing CMYC, and by competition – as in the case of mutant p53 and CMYC competing for biding to the target promoters. The transcriptomics data from the cell lines and patient samples indicate that the redundancy of the oncogenic programs is a broad phenomenon which may comprise even a majority of the genes dependent on the oncoprotein, as shown for mutant p53 in colon and lung cancer cell lines. Nevertheless, we demonstrate that the redundant oncogene programs harbor targets of efficient anti-cancer drug combinations, bypassing limitations of a direct oncoprotein inhibition.

Abstract Funding Acknowledgements None. Background The adult heart is unable to regenerate after ischemic injury, primarily due to the incapacity of cardiomyocyte (CM) to re-enter in the cell cycle and endothelial cells (EC) to form new vessels. Interestingly, our recent data have unveiled that the decline of CM proliferation after birth is paralleled by a reduction in angiogenic potential. Nevertheless, the precise mechanisms governing angiogenesis inhibition in the adult heart remain elusive. We hypothesize that the terminal differentiation of CMs after birth leads to the paracrine suppression of EC proliferation. Purpose This study aims to identify membrane or secreted factors produced by adult CMs that inhibit EC proliferation and vessel formation in order to create new therapeutic strategies to induce cardiac revascularization and regeneration. Material and Methods To validate our hypothesis, ECs were co-cultured with CMs at distinct differentiation stages. Leveraging existing RNA sequencing datasets, we generated an interactome between ligands produced by CMs and receptors expressed by cardiac ECs. Through gain and loss of function studies, we identified pivotal anti-angiogenic factors and subsequently knocked-out the corresponding genes in Cas9 mice, with the aim of rescue the angiogenic potential of the adult heart. Concurrently, we assessed the ability of miR199a, a pro-proliferative miRNA known for inducing CM de-differentiation, to elicit EC proliferation and angiogenesis when delivered to the adult heart together with VEGF-A, utilizing adeno-associated viral vectors. Results Our findings revealed that adult CMs impaired EC proliferation. Comprehensive analysis identified 20 membrane and secreted factors, establishing 118 ligand-receptor interactions between CMs and ECs. Notably, KCNJ11 and CD74 emerged as key factors, as validated through gain and loss of function experiments. In vivo knockout of these genes in CMs led to significant increase in EC proliferation and the formation of neo-vessels. Furthermore, CM de-differentiation induced by miR199a demonstrated the capacity to promote EC proliferation and neo-vessel formation upon VEGF-A stimulation. Conclusions Collectively, this work demonstrated that fully mature CMs have a role in limiting angiogenic potential of the adult heart, likely explaining the failure of therapeutic angiogenesis approaches attempted so far. Our results suggest that innovative strategies targeting CM-EC cross-talk or inducing partial CM de-differentiation may open new therapeutic avenues in the field of cardiac regeneration.Adult CMs inhibit EC proliferationCMdedifferentiation rescues angiogenesis