Psoriasis is a chronic skin disease resulting from the dysregulated interplay between keratinocytes and infiltrating immune cells. We report on a psoriasis-like disease model, which is induced by the transfer of CD4+CD45RBhiCD25– cells to pathogen-free scid/scid mice. Psoriasis-like lesions had elevated levels of antimicrobial peptide and proinflammatory cytokine mRNA. Also, similar to psoriasis, disease progression in this model was dependent on the p40 common to IL-12 and IL-23. To investigate the role of IL-22, a Th17 cytokine, in disease progression, mice were treated with IL-22–neutralizing antibodies. Neutralization of IL-22 prevented the development of disease, reducing acanthosis (thickening of the skin), inflammatory infiltrates, and expression of Th17 cytokines. Direct administration of IL-22 into the skin of normal mice induced both antimicrobial peptide and proinflammatory cytokine gene expression. Our data suggest that IL-22, which acts on keratinocytes and other nonhematopoietic cells, is required for development of the autoreactive Th17 cell–dependent disease in this model of skin inflammation. We propose that IL-22 antagonism might be a promising therapy for the treatment of human psoriasis.

Abstract We present INSIGHT (Isothermal NASBA-Sequencing-based hIGH-througput Test): a two-stage COVID-19 testing strategy, using a barcoded isothermal NASBA reaction that combines point-of-care diagnosis with next generation sequencing, aiming to achieve population-scale COVID-19 testing. INSIGHT combines the advantages of near-patient with centralised testing. Stage 1 allows a quick decentralised readout for early isolation of pre-symptomatic or asymptomatic patients. The same reaction products can then be used in a highly multiplexed sequencing-based assay in Stage 2, confirming the near-patient testing results and facilitating centralised data collection. Based on experiments using commercially acquired human saliva with spiked-in viral RNA as input, the INSIGHT platform gives Stage 1 results within one to two hours, using either fluorescence detection or a lateral flow (dipstick) readout, whilst simultaneously incorporating sample-specific barcodes into the amplification product. INSIGHT Stage 2 can be performed by directly pooling and sequencing all post-amplification barcoded Stage 1 products from hundreds of thousands of samples with minimal sample preparation steps. The 95% limit of detection (LoD-95) for INSIGHT is estimated to be below 50 copies of viral RNA per 20 μl of reaction. Our two-stage testing strategy is suitable for further development into a rapid home-based and point-of-care assay, and is potentially scalable to the population level.

ABSTRACT Protein interactions with nucleic acids are central to all genetic processes and many biotechnological applications. While many sequence-dependent protein-DNA interactions have been studied in detail using single-molecule methods, there is no standard high-throughput way to link the complex single-molecule kinetics of protein-DNA interactions with the DNA sequence of a single molecule. Here we provide the missing link by introducing a single-molecule imaging method (Gap-Seq) that interrogates DNA sequences via transient binding of short fluorescent DNA to a single DNA molecule previously used to characterise a protein-DNA interaction. In Gap-Seq, we identify a base by the degree of binding of 6-9 nt-long DNAs to surface-immobilised DNA substrates featuring a short single-stranded gap. To facilitate detection, we also developed a fluorescence quenching strategy that allows single-molecule detection at up to 500 nM of unbound fluorescent DNA. We link single-base differences on single DNA molecules to the kinetics of protein-DNA interactions by studying the interaction of a transcription activator with its cognate site. Finally, we show that our assay can address mixed sequences by distinguishing between two different sequences immobilised on the same field of view, paving the way for interrogation of sequence libraries for both mechanistic work and biotechnological applications.

Abstract Mammalian gene expression patterns are controlled by regulatory elements, which interact within Topologically Associating Domains (TADs). The relationship between activation of regulatory elements, formation of structural chromatin interactions and gene expression during development is unclear. We developed Tiled-C, a low-input Chromosome Conformation Capture (3C) approach, to study chromatin architecture at high spatial and temporal resolution through in vivo mouse erythroid differentiation. Integrated analysis of matched chromatin accessibility and single-cell expression data shows that regulatory elements gradually become accessible within pre-existing TADs during early differentiation. This is followed by structural re-organization within the TAD and formation of specific contacts between enhancers and promoters. In contrast to previous reports, our high-resolution data show that these enhancer-promoter interactions are not established prior to gene expression, but formed gradually during differentiation, concomitant with progressive upregulation of gene activity. Together, these results provide new insight into the close, interdependent relationship between chromatin architecture and gene regulation during development.

Abstract Tumor-suppressor let-7 pre-microRNAs (miRNAs) are regulated by terminal uridylyltransferases TUT7 and TUT4 that either promote let-7 maturation by adding a single uridine nucleotide to the pre-miRNA 3′ end or mark them for degradation by the addition of multiple uridines. Oligo-uridylation is increased in cells by enhanced TUT7/4 expression and especially by the RNA-binding pluripotency factor LIN28A. Using cryogenic electron microscopy, we captured high-resolution structures of active forms of TUT7 alone, of TUT7 plus pre-miRNA and of both TUT7 and TUT4 bound with pre-miRNA and LIN28A. Our structures reveal that pre-miRNAs engage the enzymes in fundamentally different ways depending on the presence of LIN28A, which clamps them onto the TUTs to enable processive 3′ oligo-uridylation. This study reveals the molecular basis for mono- versus oligo-uridylation by TUT7/4, as determined by the presence of LIN28A, and thus their mechanism of action in the regulation of cell fate and in cancer.

ABSTRACT Human bone marrow (BM) derived stromal cells contain a population of skeletal stem cells (SSCs), with the capacity to differentiate along the osteogenic, adipogenic and chondrogenic lineages enabling their application to clinical therapies. However, current methods, to isolate and enrich SSCs from human tissues remain, at best, challenging in the absence of a specific SSC marker. Unfortunately, none of the current proposed markers, alone, can isolate a homogenous cell population with the ability to form bone, cartilage, and adipose tissue in humans. Here, we have designed DNA-gold nanoparticles able to identify and sort SSCs displaying specific mRNA signatures. The current approach demonstrates the significant enrichment attained in the isolation of SSCs, with potential therein to enhance our understanding of bone cell biology and translational applications. TABLE OF CONTENTS

Abstract The primary cilium is a sensory organelle, receiving signals from the external environment and relaying them into the cell. Mutations in proteins required for transport in the primary cilium result in ciliopathies, a group of genetic disorders that commonly lead to the malformation of organs such as the kidney, liver and eyes and skeletal dysplasias. Motor proteins dynein-2 and kinesin-2 mediate retrograde and anterograde transport respectively in the cilium. WDR34, a dynein-2 intermediate chain, is required for the maintenance of cilia function. Here, we investigated WDR34 mutations identified in Jeune syndrome, short-rib polydactyly syndrome or asphyxiating thoracic dysplasia patients. There is a poor correlation between genotype and phenotype in these cases making diagnosis and treatment highly complex. We set out to define the biological impacts on cilia formation and function of WDR34 mutations by stably expressing the mutant proteins in WDR34 knockout cells. WDR34 mutations led to different spectrums of phenotypes. Quantitative proteomics demonstrated changes in dynein-2 assembly, whereas initiation and extension of the axoneme, IFT-B protein localization, transition zone (TZ) integrity, and Hedgehog signalling were also affected. Summary statement Disease-associated mutations in WDR34 are found to have diverse impacts on ciliogenesis and cilia function following stable expression in a WDR34 knockout cell model.

CRISPRi, an adapted CRISPR-Cas9 system, is proposed to act as a strand-specific roadblock to repress transcription in eukaryotic cells using guide RNAs (sgRNAs) to target catalytically inactive Cas9 (dCas9) and offers an alternative to genetic interventions for studying pervasive antisense transcription. Here we successfully use click chemistry to construct DNA templates for sgRNA expression and show, rather than acting simply as a roadblock, binding of sgRNA/dCas9 creates an environment that is permissive for transcription initiation and termination, thus generating novel sense and antisense transcripts. At HMS2 in Saccharomyces cerevisiae, sgRNA/dCas9 targeting to the non-template strand results in antisense transcription termination, premature termination of a proportion of sense transcripts and initiation of a novel antisense transcript downstream of the sgRNA/dCas9 binding site. This redefinition of the transcriptional landscape by CRISPRi demonstrates that it is not strand-specific and highlights the controls and locus understanding required to properly interpret results from CRISPRi interventions.

An enzyme-cleavable dipeptide linker between an oligonucleotide and its payload tracelessly releases the payload in cells with applications in the rapidly expanding fields of oligonucleotide-drug conjugates and targeted oligonucleotide therapeutics.