Allogeneic haematopoietic stem cell transplantation (allo-HSCT) can potentially cure malignant blood disorders and benign conditions such as haemoglobinopathies and immunologic diseases. However, allo-HSCT is associated with significant complications. The most common and debilitating among them is graft-versus-host disease (GVHD). In GVHD, donor-derived T cells mount an alloimmune response against the recipient. The alloimmune response involves several steps, including recognition of recipient antigens, activation and proliferation of T cells in secondary lymphoid organs, and homing into GVHD-targeted organs. Adhesion molecules on T cells and endothelial cells mediate homing of T cells into lymphoid and non-lymphoid tissues. In this study, we showed that Von Willebrand factor (VWF), an adhesion molecule secreted by activated endothelial cells, plays an important role in mouse models of GVHD. We investigated the effect of the VWF-cleaving protease ADAMTS13 on GVHD. We found that ADAMTS13 reduced the severity of GVHD after bone marrow transplantation from C57BL6 donor to BALB/C recipient mice. A recombinant VWF-A2 domain peptide also reduced GVHD in mice. We showed that ADAMTS13 and recombinant VWF-A2 reduced the binding of T cells to endothelial cells and VWF in vitro, and reduced the number of T cells in lymph nodes, Peyer's patches and GVHD-targeted organs in vivo. We identified LFA-1 (αLβ2) as the binding site of VWF on T cells. Our results showed that blocking T-cell homing by ADAMTS13 or VWF-A2 peptide reduced the severity of the GVHD after allo-HSCT, a potentially novel method for treating and preventing GVHD.

Honeybee, positioned as an outgroup of flies and mosquitos, have exhibited intriguing duplications and expansions of OR genes in genomic studies. However, little is known about how the OR genes are expressed and regulated in honeybee olfactory sensory neurons (OSNs). In this study, we utilized a single-cell multi-omics approach to profile the transcriptome and chromatin accessibility in Apis mellifera antennal nuclei, aiming to elucidate OR gene expression and its underlying regulatory mechanisms. Our systematical analysis unveiled a similar singular expression pattern of ligand-specific receptors in Apis mellifera OSNs, parallel with those observed in Drosophila melanogaster. Mechanistically, we discovered that promoter activation of OR genes orchestrates receptor expression patterns. For instance, although multiple adjacent OR genes are co-expressed with a single active promoter through polycistronic transcription, only the first OR gene could produce functional receptor protein, as supported by transcriptome quantification in OSNs. Additionally, we found that co-expression of receptor proteins might occur only when co-expressed OR genes possess multiple accessible promoters. This scenario is less common than expected, considering the number and evolutionary age of OR genes in Apis mellifera, suggesting a selection favoring the specialization of rapidly expanded OR genes in Apis mellifera. Overall, our study provides significant insights into the insect olfaction system and the regulatory mechanisms of OR genes expression.

Long noncoding RNAs are thought to regulate gene expression by organizing protein complexes through unclear mechanisms. XIST controls the inactivation of an entire X chromosome in female placental mammals. Here we develop and integrate several orthogonal structure-interaction analysis methods to demonstrate that XIST RNA-protein complex folds into an evolutionarily conserved modular architecture. Chimeric RNAs and clustered protein binding in fRIP and eCLIP experiments align with long-range RNA secondary structure, revealing discrete XIST domains that interact with distinct sets of effector proteins. CRISPR-Cas9 permutation of the Xist A-repeat location shows that A-repeat serves as a nucleation center for multiple Xist-associated proteins and m6A modification. The modular architecture plays an essential role, in addition to sequence motifs, in determining the specificity of RBP binding and m6A modification. Together, this work builds a comprehensive structure-function model for the XIST RNA-protein complex, and suggests a general strategy for mechanistic studies of large ribonucleprotein assemblies.

Many long noncoding RNAs (lncRNAs) regulate gene transcription through binding to histone modification complexes. Therefore, a comprehensive study of nuclear RNAs in a histone modification-specific manner is critical to understand their regulatory mechanisms. Here we develop a method named Profiling Interacting RNAs on Chromatin by deep sequencing (PIRCh-seq), in which we profile chromatin-associated transcriptome in 5 different cell types using antibodies recognizing histone H3 and 6 distinct histone modifications associated with active or repressive chromatin states. PIRCh-seq identified chromatin-associated RNAs with substantially less contamination by nascent transcripts, as compared to existing methods. We classified chromatin-enriched lncRNAs into 6 functional groups based on the patterns of their association with specific histone modifications. LncRNAs were enriched with different chromatin modifications in different cell types, suggesting lncRNAs' regulation may also be cell type-specific. By integrating profiles of RNA secondary structure and RNA m6A modification, we found that RNA bases which bind to chromatin tend to be more single stranded. We discovered hundreds of allele-specific RNA-chromatin interactions, nominating specific single nucleotide variants that alter RNA association with chromatin. These results provide a unique resource to globally study the functions of chromatin-associated lncRNAs and elucidate the basic mechanisms of chromatin-RNA interaction.

Long noncoding RNAs (lncRNAs) have been shown to act as important cell biological regulators including cell fate decisions but are often ignored in human genetics. Combining differential lncRNA expression during neuronal lineage induction with copy number variation morbidity maps of a cohort of children with autism spectrum disorder/intellectual disability versus healthy controls revealed focal genomic mutations affecting several lncRNA candidate loci. Here we find that a t(5:12) chromosomal translocation in a family manifesting neurodevelopmental symptoms disrupts specifically lnc-NR2F1. We further show that lnc-NR2F1 is an evolutionarily conserved lncRNA functionally enhances induced neuronal cell maturation and directly occupies and regulates transcription of neuronal genes including autism-associated genes. Thus, integrating human genetics and functional testing in neuronal lineage induction is a promising approach for discovering candidate lncRNAs involved in neurodevelopmental diseases.

Abstract HOTAIR is a 2.2 kb long noncoding RNA (lncRNA) whose dysregulation has been linked to oncogenesis, defects in pattern formation during early development, and irregularities during the process of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). However, the oncogenic transformation determined by HOTAIR in vivo and its impact on chromatin dynamics are incompletely understood. Here we generate a transgenic mouse model with doxycycline-inducible expression of human HOTAIR in the context of the MMTV-PyMT breast cancer-prone background to systematically interrogate the cellular mechanisms by which human HOTAIR lncRNA acts to promote breast cancer progression. We show that sustained high levels of HOTAIR over time increased breast metastatic capacity and invasiveness in breast cancer cells, promoting migration and subsequent metastasis to the lung. Subsequent withdrawal of HOTAIR overexpression reverted the metastatic phenotype, indicating oncogenic lncRNA addiction. Furthermore, HOTAIR overexpression altered both the cellular transcriptome and chromatin accessibility landscape of multiple metastasis-associated genes and promoted epithelial to mesenchymal transition. These alterations are abrogated within several cell cycles after HOTAIR expression is reverted to basal levels, indicating an erasable lncRNA-associated epigenetic memory. These results suggest that a continual role for HOTAIR in programming a metastatic gene regulatory program. Targeting HOTAIR lncRNA may potentially serve as a therapeutic strategy to ameliorate breast cancer progression.