Abstract Quantitative proteomics is an indispensable tool in life science research. However, there is a lack of reference materials for evaluating the reproducibility of label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)-based measurements among different instruments and laboratories. We developed the Quartet as a proteome reference material with built-in truths, and distributed the same aliquots to 15 laboratories with nine conventional LC-MS/MS platforms across six cities in China. Relative abundance of over 12,000 proteins on 816 MS files were obtained and compared for reproducibility among the instruments and laboratories to ultimately generate proteomics benchmark datasets. There was a wide dynamic range of proteomes spanning ~7 orders of magnitude (10 1 –10 8 copies/cell), and the injection order had marked effects on quantitative instead of qualitative. Overall, the Quartet offers valuable standard materials and data resources for improving the quality control of proteomic analyses as well as the reproducibility and reliability of research findings.

Abstract Mounting evidence supports the idea that transcriptional patterns serve as more specific identifiers of active enhancers than histone marks 1,2 ; however, the optimal strategy to identify active enhancers both experimentally and computationally has not been determined. In this study, we compared 13 genome-wide RNA sequencing assays in K562 cells and showed that the nuclear run-on followed by cap-selection assay (namely, GRO/PRO-cap) has significant advantages in eRNA detection and active enhancer identification. We also introduced a new analytical tool, Peak Identifier for Nascent-Transcript Sequencing (PINTS), to identify active promoters and enhancers genome-wide and pinpoint the precise location of the 5’ transcription start sites (TSSs) within these regulatory elements. Finally, we compiled a comprehensive enhancer candidate compendium based on the detected eRNA TSSs available in 120 cell and tissue types. To facilitate the exploration and prioritization of these enhancer candidates, we also built a user-friendly web server ( https://pints.yulab.org ) for the compendium with various additional genomic and epigenomic annotations. With the knowledge of the best available assays and pipelines, this large-scale annotation of candidate enhancers will pave the road for selection and characterization of their functions in a time-, labor-, and cost-effective manner in the future.

ABSTRACT NADPH oxidase 4 (NOX4) regulates endothelial inflammation by producing reactive oxygen species. Since coenzyme Q (CoQ) mimics affect NOX4 activity, we hypothesize that cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3), a CoQ reductase abundant in vascular endothelial cells, modulates inflammatory activation. Mice lacking endothelial CYB5R3 (R3 KO), under lipopolysaccharides (LPS) challenge, showed exacerbated hypotension, decreased acetylcholine-induced vasodilation, and elevated vascular adhesion molecule 1 (Vcam-1) mRNA in aorta. In vitro, silencing Cyb5r3 enhanced LPS-induced VCAM-1 protein in a NOX4 dependent manner. APEX2- based electron microscopy and proximity biotinylation demonstrated CYB5R3’s localization on the mitochondrial outer membrane and its interaction with NOX4, which was further confirmed by the proximity ligation assay. Notably, Cyb5r3 silenced HAECs had less total H 2 O 2 but more mitochondrial O 2 •- . Using inactive or non-membrane bound active CYB5R3, we found CYB5R3 activity and membrane translocation were needed for optimal generation of H 2 O 2 by NOX4. Lastly, CoQ deficient cells showed decreased NOX4-derived H 2 O 2 , indicating a requirement for endogenous CoQ in NOX4 activity. In conclusion, CYB5R3 mitigates endothelial inflammatory activation by assisting in NOX4-dependent H 2 O 2 generation via CoQ. NOVELTY AND SIGNIFICANCE What Is Known? NADPH oxidase 4 (NOX4) reportedly produces primarily hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and, to a lesser extent, superoxide (O 2 •- ) and has been shown to have both beneficial and deleterious effects in the cardiovascular system. NOX4 activity can be affected by NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (NQO1), a CoQ reductase, and synthetic quinone compounds used to mimic CoQ. Cytochrome b5 reductase 3 (CYB5R3) is known to reduce CoQ and is highly expressed in endothelial cells. What New Information Does This Article Contribute? In vivo, the lack of endothelial CYB5R3 causes exacerbated lipopolysaccharides (LPS)-induced inflammatory signaling, endothelial dysfunction, and hypotension. Endothelial CYB5R3 mitigates inflammatory signaling by LPS and tumor necrosis factor α (TNF-α) in a NOX4 dependent manner. In endothelial cells, CYB5R3 and NOX4 reside in close proximity on the mitochondrial outer membrane. NOX4’s ability to generate H 2 O 2 depends on the membrane translocation and activity of CYB5R3 and the presence of endogenous CoQ. NONSTANDARD Abbreviations and Acronyms Protein names are abbreviated as capital letters (e.g., CYB5R3), while the corresponding gene names are annotated as in italic lower cases (e.g., Cyb5r3 ).

Abstract Mounting evidence suggests that enhancer RNA (eRNA) transcription start sites (TSSs) provide higher sensitivity and specificity for enhancer identification than histone modifications and chromatin accessibility. The extent to which changes in eRNA transcription correspond to changes in enhancer activity, however, remains unclear. Here, we used precision run-on and capped RNA sequencing (PRO-cap) to assess changes in enhancer activity in response to treatment with the androgen receptor signaling inhibitor, enzalutamide (ENZ). We identified 6,189 high-confidence candidate enhancers in the human prostate cancer cell line, LNCaP; 853 of which demonstrated significant changes in activity in response to drug treatment. Notably, we found that 67% and 54% of drug-responsive enhancers did not show similar changes in activity in previous studies that utilized ChIP-seq and ATAC-seq, respectively. Strikingly, 79% of regions with increased eRNA transcription showed no other biochemical alterations, implying that PRO-cap can capture a set of precise changes in enhancer activity that classical approaches lack the sensitivity to detect. We performed in vivo functional validations of candidate enhancers and found that CRISPRi targeting of PRO-cap-specific drug-responsive enhancers impaired ENZ regulation of downstream target genes, suggesting that changes in eRNA TSSs mark true biological changes in enhancer activity with high sensitivity. Our study highlights the utility of using PRO-cap as a complementary approach to canonical biochemical methods for detecting precise changes in enhancer activity and, in particular, for better understanding disease progression and responses to treatment.

Emulsified volatile anaesthetics can be easily injected into the circulation and eliminated from blood to lungs. Taking advantage of this unique pharmacokinetics, we aimed to develop a less trauma model for preferential delivery of volatile anaesthetics to the spinal cord with an intact CNS and circulatory system in the rabbit. Sixteen New Zealand White rabbits were randomly assigned to the isoflurane and sevoflurane group. A catheter for delivering emulsified isoflurane (8mg/kg/h) or sevoflurane (12mg/kg/h) to the spinal cord was placed into the descending aorta in all rabbits. The concentration and partial pressure of isoflurane and sevoflurane in the jugular and femoral vein were measured. Our results showed that the partial pressure of isoflurane was 3.91±1.11 mmHg in the jugular vein and 12.61±1.60 mmHg (1.0MAC) in the femoral vein. The partial pressure of sevoflurane was 3.89±1.00 mmHg in the jugular vein and 19.92±1.84mmHg (1.0MAC) in the femoral vein. There was significant difference regarding the partial pressure of isoflurane and sevoflurane between jugular and femoral veins in two groups (both P <0.001). In conclusion, a simple method has been successfully developed to selectively deliver isoflurane and sevoflurane to the spinal cord in the rabbit. Before acting on the brain, 69% isoflurane and 81% sevoflurane were removed from body via lungs. This method can be used to investigate the pharmacological properties of volatile anesthetics.

A comprehensive catalogue of the mutations that drive tumorigenesis and progression is essential to understanding tumor biology and developing therapies. Protein-coding driver mutations have been well-characterized by large exome-sequencing studies, however many tumors have no mutations in protein-coding driver genes. Non-coding mutations are thought to explain many of these cases, however few non-coding drivers besides TERT promoter are known. To fill this gap, we analyzed 150,000 cis-regulatory regions in 1,844 whole cancer genomes from the ICGC-TCGA PCAWG project. Using our new method, ActiveDriverWGS, we found 41 frequently mutated regulatory elements (FMREs) enriched in non-coding SNVs and indels (FDR<0.05) characterized by aging-associated mutation signatures and frequent structural variants. Most FMREs are distal from genes, reported here for the first time and also recovered by additional driver discovery methods. FMREs were enriched in super-enhancers, H3K27ac enhancer marks of primary tumors and long-range chromatin interactions, suggesting that the mutations drive cancer by distally controlling gene expression through three-dimensional genome organization. In support of this hypothesis, the chromatin interaction network of FMREs and target genes revealed associations of mutations and differential gene expression of known and novel cancer genes (e.g., CNNB1IP1, RCC1), activation of immune response pathways and altered enhancer marks. Thus distal genomic regions may include additional, infrequently mutated drivers that act on target genes via chromatin loops. Our study is an important step towards finding such regulatory regions and deciphering the somatic mutation landscape of the non-coding genome.

Rice stripe virus (RSV), causal agent of rice stripe disease, is transmitted by the small brown planthopper (SBPH, Laodelphax striatellus) in a persistent manner. The midgut and salivary glands of SBPH are the first and last barriers in viral circulation and transmission, respectively; however, the precise mechanisms used by RSV to cross these organs and re-inoculate rice have not been fully elucidated. We obtained full-length cDNA of L. striatellus α-tubulin 2 (LsTUB) and found that RSV infection increased the level of LsTUB in vivo. Furthermore, LsTUB was shown to bind the RSV nonstructural protein 3 (NS3) in vitro. RNAi was used to reduce LsTUB expression, which caused a significant reduction in RSV titer, NS3 expression, RSV inoculation rates, and transmission to healthy plants. Electrical penetration graphs (EPG) showed that LsTUB knockdown by RNAi did not impact SBPH feeding; therefore, the reduction in RSV inoculation rate was likely caused by the decrease in RSV transmission. These findings suggest that LsTUB mediates the passage of RSV through midgut and salivary glands and leads to successful horizontal transmission.

Abstract Human brain experiences vibration of certain frequency during various physical activities such as vehicle transportation and machine operation or accidents, which may cause traumatic brain injury or other brain diseases. However, little is known about what happened to brain after vibration stimuli. Here, with a custom-built electromagnetic actuator, vibration was induced in the brain while cerebral blood flow (CBF) and brain stiffness were measured at 20, 30, 40 Hz for 52 healthy volunteers. With increasing frequency, multiple regions of the brain showed increasingly reduced CBF, while the size of such regions also expanded. The vibration-induced CBF reduction regions largely fell inside the brain’s default mode network (DMN), with about 58 or 46 % overlap at 30 or 40 Hz, respectively. By establishing a biomechanical co-variance network based on tissue stiffness, analysis of small-world properties and modularity showed an increased disruption of the network with increased frequency. These findings demonstrate frequency-dependent features of vibration modulation to brain. Furthermore, the overlap between CBF reduction regions and DMN, and the vibration-induced decrease of biomechanical network connections suggest a interweaved relationship between blood flow, tissue stiffness, and cognitive functions. These may provide critical insights into the mechanical stimulus to brain and vibration-induced brain pathologies.

Abstract Identification oncogenes is fundamental to revealing the molecular basis of cancer. Here, we found that FOXP2 is overexpressed in human prostate cancer cells and prostate tumors, but its expression is absent in normal prostate epithelial cells and low in benign prostatic hyperplasia. To date, little is known regarding the link of FOXP2 to prostate cancer. We observed that high FOXP2 expression and frequent amplification are significantly associated with high Gleason score. Ectopic expression of FOXP2 induces malignant transformation of mouse NIH3T3 fibroblasts and human prostate epithelial cell RWPE-1. Conversely, FOXP2 knockdown suppresses the proliferation of prostate cancer cells. Transgenic overexpression of FOXP2 in the mouse prostate causes prostatic intraepithelial neoplasia. Overexpression of FOXP2 aberrantly activates oncogenic MET signalling and inhibitors targeting MET signalling effectively reverts the FOXP2 -induced oncogenic phenotype. Additionally, the novel recurrent FOXP2-CPED1 fusion identified in prostate tumors results in high expression of truncated FOXP2, which exhibit a similar capacity for malignant transformation. Together, our data demonstrate for the first time that FOXP2 is an oncogene involved in tumorigenicity of prostate.

Abstract Enhanced protein synthesis is a crucial molecular mechanism that allows cancer cells to survive, proliferate, metastasize, and develop resistance to anti-cancer treatments, and often arises as a consequence of increased signaling flux channeled to mRNA-bearing eukaryotic initiation factor 4F (eIF4F). However, the post-translational regulation of eIF4A1, an ATP-dependent RNA helicase and subunit of the eIF4F complex, is still poorly understood. Here, we demonstrate that IBTK, a substrate-binding adaptor of Culllin 3-RING ubiquitin ligase complex (CRL3), interacts with eIF4A1. The non-degradative ubiquitination of eIF4A1 by catalyzed CRL3 IBTK complex promotes cap-dependent translational initiation, nascent protein synthesis, oncogene expression, and tumor cell growth both in vivo and in vitro . Moreover, our results show that mTORC1 and S6K1, two key regulators of protein synthesis, directly phosphorylate IBTK to augment eIF4A1 ubiquitination and sustained oncogenic translation. This link between the CRL3 IBTK complex and the mTOR signaling pathway, frequently dysregulated in cancer, represents a promising target for anticancer therapies. Statement of Significance IBTK overexpression contributes to cervical cancer tumorigenesis by translation regulation and represents a promising target for anticancer therapies.