The 22q11.2 deletion syndrome (22qDS) is caused by a microdeletion in chromosome 22, including DGCR8, an essential gene for miRNA production. The contribution of human DGCR8 hemizygosity to the disease is still unclear. In this study, we generated two human pluripotent cell models containing a single functional DGCR8 allele to elucidate its role on 22qDS. DGCR8+/- cells show increased apoptosis as well as self-renewal and differentiation defects in both the naive and primed states. The expression of primate-specific miRNAs was largely affected, due to impaired miRNA processing and chromatin accessibility. DGCR8+/- cells also displayed a pronounced reduction in human endogenous retrovirus class H (HERVH) expression, a primate-specific retroelement essential for pluripotency maintenance. Importantly, the reintroduction of primate-specific miRNAs as well as the miR-371-3 cluster rescued the cellular and molecular phenotypes of DGCR8+/- cells. Our results suggest that DGCR8 is haploinsufficient in humans and that miRNAs and transposable elements may have co-evolved in primates as part of an essential regulatory network to maintain stem cell identity.

Circadian oscillations of gene transcripts rely on a negative feedback loop executed by the activating BMAL1-CLOCK heterodimer and its negative regulators PER and CRY. Although circadian rhythms and CLOCK protein are mostly absent during embryogenesis, the lack of BMAL1 during prenatal development causes an early aging phenotype during adulthood, suggesting that BMAL1 carries out an unknown non-circadian function during organism development that is fundamental for healthy adult life. Here, we show that BMAL1 interacts with TRIM28 and represses transcription of totipotency-associated MERVL retrotransposons in mouse pluripotent cells. Deletion of Bmal1 leads to genome-wide upregulation of MERVLs, changes in the three-dimensional organization of the genome, and acquisition of totipotency-associated features. Overall, we demonstrate that in pluripotent cells BMAL1 is redeployed as a transcriptional repressor of transposable elements (TEs) in a CLOCK-independent way. We propose that BMAL1-TRIM28 activity during prenatal life is essential for optimal health and life span in mammals.

Long Interspersed Element 1 (LINE-1/L1) is an abundant retrotransposon that has greatly impacted human genome evolution. LINE-1s are responsible for the generation of millions of insertions in the current human population. The characterization of sporadic cases of mosaic individuals carrying pathogenic L1-insertions, suggest that heritable insertions occurs during early embryogenesis. However, the timing and potential genomic impact of LINE-1 mobilization during early embryogenesis is unknown. Here, we demonstrate that inner cell mass of human pre-implantation embryos support the expression and retrotransposition of LINE-1s. Additionally, we show that LINE-1s are expressed in trophectoderm cells of embryos, and identify placenta-restricted endogenous LINE-1 insertions in newborns. Using human embryonic stem cells as a model of postimplantation epiblast cells, we demonstrate ongoing LINE-1 retrotransposition, which can impact expression of targeted genes. Our data demonstrate that LINE-1 retrotransposition starts very shortly after fertilization and may represent a previously underappreciated factor in human biology and disease.

ABSTRACT Nearly half of the human genome is made of transposable elements (TEs) whose activity continues to impact its structure and function. Among them, Long INterspersed Element class 1 (LINE-1 or L1) elements are the only autonomously active TEs in humans. L1s are expressed and mobilized in different cancers, generating mutagenic insertions that could affect malignancy. Tumor suppressor microRNAs are ∼22nt RNAs that post-transcriptionally regulate oncogene expression and are frequently downregulated in cancer. Here we explore whether they also influence L1 mobilization. We found that downregulation of let-7 correlates with accumulation of L1 insertions in human lung cancer. Furthermore, we demonstrate that let-7 binds to the L1 mRNA and impairs the translation of the second L1-encoded protein, ORF2p, reducing its mobilization. Overall, our data uncover a new role for let-7, one of the most relevant microRNAs, which is to maintain somatic genome integrity by restricting L1 retrotransposition.