Summary Millions of Alu and L1 copies in our genomes contribute to evolution and genetic disorders via non-allelic homologous recombination, but the somatic extent of these rearrangements has not been systematically investigated. Here we combine short and long DNA reads sequencing of repeat elements with a new bioinformatic pipeline to show that somatic recombination of Alu and L1 elements is common in human genomes. We report new tissue-specific recombination hallmarks, and show that retroelements acting as recombination hotspots are enriched in centromeres and cancer genes. We compare recombination profiles in human induced pluripotent stem cells and differentiated neurons and show that neuron-specific recombination of repeat elements accompanies chromatin changes during cell-fate determination. Finally, we find that somatic recombination profiles are altered in Parkinson’s and Alzheimer’s disease, indicating a link between retroelements recombination and genomic instability in neurodegeneration. This work shows that somatic recombination of repeat elements contributes massively to genomic diversity in health and disease.

Summary The 3’ untranslated region (3’UTR) plays a crucial role in determining mRNA stability, localisation, translation and degradation. Cap analysis gene expression (CAGE), a method for the detection of capped 5’ ends of mRNAs, additionally reveals a large number of apparently 5’ capped RNAs derived from 3’UTRs. Here we provide the first direct evidence that these 3’UTR-derived RNAs are indeed capped and often more abundant than the corresponding full-length mRNAs. By using a combination of AGO2 enhanced individual nucleotide resolution UV crosslinking and immunoprecipitation (eiCLIP) and CAGE following siRNA knockdowns, we find that these 3’UTR-derived RNAs likely originate from AGO2-mediated cleavage, and most often occur at locations with potential to form RNA-G-quadruplexes and are enriched by RNA-binding protein UPF1. High-resolution imaging and long-read sequencing analysis validates several 3’UTR-derived RNAs, demonstrates their abundance and shows that they tend not to co-localise with the parental mRNAs. We also find that production of 3’UTR-derived RNA could explain the previously reported role of a 3’UTR G-quadruplex in regulating the production of APP protein. Taken together, we provide new insights into the origin and abundance of 3’UTR-derived RNAs, show the utility of CAGE-seq for their quantitative detection, and provide a rich dataset for exploring new biology of a poorly understood new class of RNAs.

Summary Within the scope of FANTOM6 consortium, we perform a large-scale knockdown of 200 long non-coding RNAs (lncRNAs) in human induced pluripotent stem (iPS) cells, and systematically characterize their roles in self-renewal and pluripotency. We find 36 lncRNAs (18%) exhibiting cell growth inhibition From the knockdown of 123 lncRNAs with transcriptome profiling, 36 lncRNAs (29.3%) show molecular phenotypes. Integrating the molecular phenotypes with chromatin-interaction assays further reveals cis - and trans -interacting partners as potential primary targets. Additionally, cell type enrichment analysis identifies lncRNAs associated with pluripotency while the knockdown of LINC02595 , CATG00000090305.1 and RP11-148B6.2 modulates colony formation of iPS cells. We compare our results with previously published fibroblasts phenotyping data and find that 2.9% of the lncRNAs exhibit consistent cell growth phenotype, whereas we observe 58.3% agreement in molecular phenotypes. This highlights molecular phenotyping is more comprehensive in revealing affected 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 .

Abstract The 3′ untranslated region (3′UTR) plays a crucial role in determining mRNA stability, localisation, translation and degradation. Cap analysis of gene expression (CAGE), a method for the detection of capped 5′ ends of mRNAs, additionally reveals a large number of apparently 5′ capped RNAs derived from locations within the body of the transcript, including 3′UTRs. Here, we provide direct evidence that these 3′UTR-derived RNAs are indeed capped and widespread in mammalian cells. By using a combination of AGO2 enhanced individual nucleotide resolution UV crosslinking and immunoprecipitation (eiCLIP) and CAGE following siRNA treatment, we find that these 3′UTR-derived RNAs likely originate from AGO2-binding sites, and most often occur at locations with G-rich motifs bound by the RNA-binding protein UPF1. High-resolution imaging and long-read sequencing analysis validate several 3′UTR-derived RNAs, showcase their variable abundance and show that they may not co-localise with the parental mRNAs. Taken together, we provide new insights into the origin and prevalence of 3′UTR-derived RNAs, show the utility of CAGE-seq for their genome-wide detection and provide a rich dataset for exploring new biology of a poorly understood new class of RNAs. Graphical Abstract Schematic representation of the proposed model where 3′UTR-derived RNAs originate from G-rich regions enriched in AGO2 and UPF1 binding sites.