Enhancers control the correct temporal and cell-type-specific activation of gene expression in multicellular eukaryotes. Knowing their properties, regulatory activity and targets is crucial to understand the regulation of differentiation and homeostasis. Here we use the FANTOM5 panel of samples, covering the majority of human tissues and cell types, to produce an atlas of active, in vivo-transcribed enhancers. We show that enhancers share properties with CpG-poor messenger RNA promoters but produce bidirectional, exosome-sensitive, relatively short unspliced RNAs, the generation of which is strongly related to enhancer activity. The atlas is used to compare regulatory programs between different cells at unprecedented depth, to identify disease-associated regulatory single nucleotide polymorphisms, and to classify cell-type-specific and ubiquitous enhancers. We further explore the utility of enhancer redundancy, which explains gene expression strength rather than expression patterns. The online FANTOM5 enhancer atlas represents a unique resource for studies on cell-type-specific enhancers and gene regulation. Using the FANTOM5 CAGE expression atlas, the authors show that bidirectional capped RNAs are a signature feature of active enhancers and identify over 40,000 enhancer candidates from over 800 human cell and tissue samples across the whole human body. FANTOM5 (standing for functional annotation of the mammalian genome 5) is the fifth major stage of a major international collaboration that aims to dissect the transcriptional regulatory networks that define every human cell type. Two Articles in this issue of Nature present some of the project's latest results. The first paper uses the FANTOM5 panel of tissue and primary cell samples to define an atlas of active, in vivo bidirectionally transcribed enhancers across the human body. These authors show that bidirectional capped RNAs are a signature feature of active enhancers and identify more than 40,000 enhancer candidates from over 800 human cell and tissue samples. The enhancer atlas is used to compare regulatory programs between different cell types and identify disease-associated regulatory SNPs, and will be a resource for studies on cell-type-specific enhancers. In the second paper, single-molecule sequencing is used to map human and mouse transcription start sites and their usage in a panel of distinct human and mouse primary cells, cell lines and tissues to produce the most comprehensive mammalian gene expression atlas to date. The data provide a plethora of insights into open reading frames and promoters across different cell types in addition to valuable annotation of mammalian cell-type-specific transcriptomes.

Regulated transcription controls the diversity, developmental pathways and spatial organization of the hundreds of cell types that make up a mammal. Using single-molecule cDNA sequencing, we mapped transcription start sites (TSSs) and their usage in human and mouse primary cells, cell lines and tissues to produce a comprehensive overview of mammalian gene expression across the human body. We find that few genes are truly ‘housekeeping’, whereas many mammalian promoters are composite entities composed of several closely separated TSSs, with independent cell-type-specific expression profiles. TSSs specific to different cell types evolve at different rates, whereas promoters of broadly expressed genes are the most conserved. Promoter-based expression analysis reveals key transcription factors defining cell states and links them to binding-site motifs. The functions of identified novel transcripts can be predicted by coexpression and sample ontology enrichment analyses. The functional annotation of the mammalian genome 5 (FANTOM5) project provides comprehensive expression profiles and functional annotation of mammalian cell-type-specific transcriptomes with wide applications in biomedical research. A study from the FANTOM consortium using single-molecule cDNA sequencing of transcription start sites and their usage in human and mouse primary cells, cell lines and tissues reveals insights into the specificity and diversity of transcription patterns across different mammalian cell types. FANTOM5 (standing for functional annotation of the mammalian genome 5) is the fifth major stage of a major international collaboration that aims to dissect the transcriptional regulatory networks that define every human cell type. Two Articles in this issue of Nature present some of the project's latest results. The first paper uses the FANTOM5 panel of tissue and primary cell samples to define an atlas of active, in vivo bidirectionally transcribed enhancers across the human body. These authors show that bidirectional capped RNAs are a signature feature of active enhancers and identify more than 40,000 enhancer candidates from over 800 human cell and tissue samples. The enhancer atlas is used to compare regulatory programs between different cell types and identify disease-associated regulatory SNPs, and will be a resource for studies on cell-type-specific enhancers. In the second paper, single-molecule sequencing is used to map human and mouse transcription start sites and their usage in a panel of distinct human and mouse primary cells, cell lines and tissues to produce the most comprehensive mammalian gene expression atlas to date. The data provide a plethora of insights into open reading frames and promoters across different cell types in addition to valuable annotation of mammalian cell-type-specific transcriptomes.

Only a small proportion of the mouse genome is transcribed into mature messenger RNA transcripts. There is an international collaborative effort to identify all full-length mRNA transcripts from the mouse, and to ensure that each is represented in a physical collection of clones. Here we report the manual annotation of 60,770 full-length mouse complementary DNA sequences. These are clustered into 33,409 ‘transcriptional units’, contributing 90.1% of a newly established mouse transcriptome database. Of these transcriptional units, 4,258 are new protein-coding and 11,665 are new non-coding messages, indicating that non-coding RNA is a major component of the transcriptome. 41% of all transcriptional units showed evidence of alternative splicing. In protein-coding transcripts, 79% of splice variations altered the protein product. Whole-transcriptome analyses resulted in the identification of 2,431 sense–antisense pairs. The present work, completely supported by physical clones, provides the most comprehensive survey of a mammalian transcriptome so far, and is a valuable resource for functional genomics.

This Perspective discusses the registered and publicly available set of Cytoscape plugins to guide potential users to suitable tools. Cytoscape is open-source software for integration, visualization and analysis of biological networks. It can be extended through Cytoscape plugins, enabling a broad community of scientists to contribute useful features. This growth has occurred organically through the independent efforts of diverse authors, yielding a powerful but heterogeneous set of tools. We present a travel guide to the world of plugins, covering the 152 publicly available plugins for Cytoscape 2.5–2.8. We also describe ongoing efforts to distribute, organize and maintain the quality of the collection.

The small GTP binding protein Rho is implicated in cytoskeletal responses to extracellular signals such as lysophosphatidic acid to form stress fibers and focal contacts. Here we have purified a Rho-interacting protein with a molecular mass of approximately 164 kDa (p164) from bovine brain. This protein bound to GTPgammaS (a non-hydrolyzable GTP analog).RhoA but not to GDP.RhoA or GTPgammaS.RhoA with a mutation in the effector domain (RhoAA37).p164 had a kinase activity which was specifically stimulated by GTPgammaS.RhoA. We obtained the cDNA encoding p164 on the basis of its partial amino acid sequences and named it Rho-associated kinase (Rho-kinase). Rho-kinase has a catalytic domain in the N-terminal portion, a coiled coil domain in the middle portion and a zinc finger-like motif in the C-terminal portion. The catalytic domain shares 72% sequence homology with that of myotonic dystrophy kinase and the coiled coil domain contains a Rho-interacting interface. When COS7 cells were cotransfected with Rho-kinase and activated RhoA, some Rho-kinase was recruited to membranes. Thus it is likely that Rho-kinase is a putative target serine/threonine kinase for Rho and serves as a mediator of the Rho-dependent signaling pathway.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are largely heterogeneous and functionally uncharacterized. Here, using FANTOM5 cap analysis of gene expression (CAGE) data, we integrate multiple transcript collections to generate a comprehensive atlas of 27,919 human lncRNA genes with high-confidence 5′ ends and expression profiles across 1,829 samples from the major human primary cell types and tissues. Genomic and epigenomic classification of these lncRNAs reveals that most intergenic lncRNAs originate from enhancers rather than from promoters. Incorporating genetic and expression data, we show that lncRNAs overlapping trait-associated single nucleotide polymorphisms are specifically expressed in cell types relevant to the traits, implicating these lncRNAs in multiple diseases. We further demonstrate that lncRNAs overlapping expression quantitative trait loci (eQTL)-associated single nucleotide polymorphisms of messenger RNAs are co-expressed with the corresponding messenger RNAs, suggesting their potential roles in transcriptional regulation. Combining these findings with conservation data, we identify 19,175 potentially functional lncRNAs in the human genome. A catalogue of human long non-coding RNA genes and their expression profiles across samples from major human primary cell types, tissues and cell lines. Alistair Forrest, Piero Carninci and colleagues of the FANTOM Consortium provide a catalogue of human long non-coding RNA (lncRNA) genes and their expression profiles across samples from human primary cell types, tissues and cell lines. They used combined analyses of multiple data sets to identify 27,919 lncRNA genes with high-confidence 5′ ends, as well as a subset of 19,175 potentially functional lncRNA loci. The lncRNA catalogue and annotations are available through an open web resource.

We collected and completely sequenced 28,469 full-length complementary DNA clones from Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Nipponbare. Through homology searches of publicly available sequence data, we assigned tentative protein functions to 21,596 clones (75.86%). Mapping of the cDNA clones to genomic DNA revealed that there are 19,000 to 20,500 transcription units in the rice genome. Protein informatics analysis against the InterPro database revealed the existence of proteins presented in rice but not in Arabidopsis . Sixty-four percent of our cDNAs are homologous to Arabidopsis proteins.

What to expect after a year in space Space is the final frontier for understanding how extreme environments affect human physiology. Following twin astronauts, one of which spent a year-long mission on the International Space Station, Garrett-Bakelman et al. examined molecular and physiological traits that may be affected by time in space (see the Perspective by Löbrich and Jeggo). Sequencing the components of whole blood revealed that the length of telomeres, which is important to maintain in dividing cells and may be related to human aging, changed substantially during space flight and again upon return to Earth. Coupled with changes in DNA methylation in immune cells and cardiovascular and cognitive effects, this study provides a basis to assess the hazards of long-term space habitation. Science , this issue p. eaau8650 ; see also p. 127

The FANTOM5 project investigates transcription initiation activities in more than 1,000 human and mouse primary cells, cell lines and tissues using CAGE. Based on manual curation of sample information and development of an ontology for sample classification, we assemble the resulting data into a centralized data resource ( http://fantom.gsc.riken.jp/5/ ). This resource contains web-based tools and data-access points for the research community to search and extract data related to samples, genes, promoter activities, transcription factors and enhancers across the FANTOM5 atlas.

Abstract Cell-to-cell communication across multiple cell types and tissues strictly governs proper functioning of metazoans and extensively relies on interactions between secreted ligands and cell-surface receptors. Herein, we present the first large-scale map of cell-to-cell communication between 144 human primary cell types. We reveal that most cells express tens to hundreds of ligands and receptors to create a highly connected signalling network through multiple ligand–receptor paths. We also observe extensive autocrine signalling with approximately two-thirds of partners possibly interacting on the same cell type. We find that plasma membrane and secreted proteins have the highest cell-type specificity, they are evolutionarily younger than intracellular proteins, and that most receptors had evolved before their ligands. We provide an online tool to interactively query and visualize our networks and demonstrate how this tool can reveal novel cell-to-cell interactions with the prediction that mast cells signal to monoblastic lineages via the CSF1–CSF1R interacting pair.