Abstract Thousands of long noncoding RNA (lncRNA) genes are encoded in the human genome, and hundreds of them are evolutionarily conserved, but their functions and modes of action remain largely obscure. Particularly enigmatic lncRNAs are those that are exported to the cytoplasm, including NORAD—an abundant and highly conserved cytoplasmic lncRNA. Here we show that most of the sequence of NORAD is comprised of repetitive units that together contain at least 17 functional binding sites for the two mammalian Pumilio homologues. Through binding to PUM1 and PUM2, NORAD modulates the mRNA levels of their targets, which are enriched for genes involved in chromosome segregation during cell division. Our results suggest that some cytoplasmic lncRNAs function by modulating the activities of RNA-binding proteins, an activity which positions them at key junctions of cellular signalling pathways.

Histone H3 Lysine 9 (H3K9) methylation, a characteristic mark of heterochromatin, is progressively implemented during development to contribute to cell fate restriction as differentiation proceeds. For instance, in pluripotent mouse Embryonic Stem (ES) cells the global levels of H3K9 methylation are rather low and increase only upon differentiation. Conversely, H3K9 methylation represents an epigenetic barrier for reprogramming somatic cells back to pluripotency. How global H3K9 methylation levels are coupled with the acquisition and loss of pluripotency remains largely unknown. Here, we identify SUV39H1, a major H3K9 di- and tri-methylase, as an indirect target of the pluripotency network of Transcription Factors (TFs). We find that pluripotency TFs, principally OCT4, activate the expression of an uncharacterized antisense long non-coding RNA to Suv39h1 , which we name Suv39h1as . In turn, Suv39h1as downregulates Suv39h1 transcription in cis via a mechanism involving the modulation of the chromatin status of the locus. The targeted deletion of the Suv39h1as promoter region triggers increased SUV39H1 expression and H3K9me2 and H3K9me3 levels, leading to accelerated and more efficient commitment into differentiation. We report, therefore, a simple genetic circuitry coupling the global levels of H3K9 methylation to pluripotency in mouse ES cells.

Active enhancers in mammals produce enhancer RNAs (eRNAs), that are bidirectionally transcribed, unspliced, and unstable noncoding RNAs. Enhancer regions are also enriched with long noncoding RNA (lncRNA) genes, which are typically spliced and are longer and substantially more stable than eRNAs. In order to explore the relationship between these two classes of RNAs and the implications of lncRNA transcription on enhancer functionality, we analyzed DNAse hypersensitive sites with evidence of bidirectional transcription, which we termed eRNA producing centers (EPCs). A subset of EPCs, which are found very close to the transcription start site of lncRNA genes, exhibit attributes of both enhancers and promoters, including distinctive DNA motifs and a characteristic landscape of bound proteins. These EPCs are associated with a subset of relatively highly active enhancers. This stronger enhancer activity is driven, at least in part, by the presence of evolutionary conserved, directional splicing signals that promote lncRNA production, pointing at a causal role of lncRNA processing in enhancer activity. Together, our results suggest a model whereby the ability of some enhancers to produce lncRNAs, which is conserved in evolution, enhances their activity in a manner likely mediated through maturation of the associated lncRNA.

Thousands of long noncoding RNA (lncRNA) genes are encoded in the human genome, and hundreds of them are evolutionary conserved, but their functions and modes of action remain largely obscure. Particularly enigmatic lncRNAs are those that are exported to the cytoplasm, including NORAD - an abundant and highly conserved cytoplasmic lncRNA. Most of the sequence of NORAD is comprised of repetitive units that together contain at least 17 functional binding sites for the two Pumilio homologs in mammals. Through binding to PUM1 and PUM2, NORAD modulates the mRNA levels of their targets, which are enriched for genes involved in chromosome segregation during cell division. Our results suggest that some cytoplasmic lncRNAs function by modulating the activities of RNA binding proteins, an activity which positions them at key junctions of cellular signaling pathways.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) constitute the majority of transcripts in mammalian genomes and yet, their functions remain largely unknown. We systematically suppressed 285 lncRNAs in human dermal fibroblasts and quantified cellular growth, morphological changes, and transcriptomic responses using Capped Analysis of Gene Expression (CAGE). The resulting transcriptomic profiles recapitulated the observed cellular phenotypes, yielding specific roles for over 40% of analyzed lncRNAs in regulating distinct biological pathways, transcriptional machinery, alternative promoter activity and architecture usage. Overall, combining cellular and molecular profiling provided a powerful approach to unravel the distinct functions of lncRNAs, which we highlight with specific functional roles for ZNF213-AS1 and lnc-KHDC3L-2 .