Whether and how certain transposable elements with viral origins, such as endogenous retroviruses (ERVs) dormant in our genomes, can become awakened and contribute to the aging process is largely unknown. In human senescent cells, we found that HERVK (HML-2), the most recently integrated human ERVs, are unlocked to transcribe viral genes and produce retrovirus-like particles (RVLPs). These HERVK RVLPs constitute a transmissible message to elicit senescence phenotypes in young cells, which can be blocked by neutralizing antibodies. The activation of ERVs was also observed in organs of aged primates and mice as well as in human tissues and serum from the elderly. Their repression alleviates cellular senescence and tissue degeneration and, to some extent, organismal aging. These findings indicate that the resurrection of ERVs is a hallmark and driving force of cellular senescence and tissue aging.

Nuclear deformation, a hallmark frequently observed in senescent cells, is presumed to be associated with the erosion of chromatin organization at the nuclear periphery. However, how such gradual changes in higher-order genome organization impinge on local epigenetic modifications to drive cellular mechanisms of aging has remained enigmatic. Here, through large-scale epigenomic analyses of isogenic young, senescent, and progeroid human mesenchymal progenitor cells (hMPCs), we delineate a hierarchy of integrated structural state changes that manifest as heterochromatin loss in repressive compartments, euchromatin weakening in active compartments, switching in interfacing topological compartments, and increasing epigenetic entropy. We found that the epigenetic de-repression unlocks the expression of pregnancy-specific beta-1 glycoprotein (PSG) genes that exacerbate hMPC aging and serve as potential aging biomarkers. Our analyses provide a rich resource for uncovering the principles of epigenomic landscape organization and its changes in cellular aging and for identifying aging drivers and intervention targets with a genome-topology-based mechanism.

SUMMARY Whether and how certain transposable elements with viral origins, such as endogenous retroviruses (ERVs) dormant in our genomes, can become awakened and contribute to the aging process are largely unknown. In human senescent cells, we found that HERVK (HML-2), the most recently integrated human ERVs, are unlocked to transcribe viral genes and produce retrovirus-like particles (RVLPs). These HERVK RVLPs constitute a transmissible message to elicit senescence phenotypes in young cells, which can be blocked by neutralizing antibodies. Activation of ERVs was also observed in organs of aged primates and mice, as well as in human tissues and serum from the elderly. Their repression alleviates cellular senescence and tissue degeneration and, to some extent, organismal aging. These findings indicate that the resurrection of ERVs is a hallmark and driving force of cellular senescence and tissue aging. In brief Liu and colleagues uncover the ways in which de-repression of human endogenous retrovirus triggers cellular senescence and tissue aging; the findings provide fresh insights into therapeutic strategies for alleviating aging. Highlights Derepression of the endogenous retrovirus contributes to programmed aging Upregulation of HERVK triggers the innate immune response and cellular senescence Extracellular HERVK retrovirus-like particles induce senescence in young cells Endogenous retrovirus serves as a potential target to alleviate agings Graphical abstract

Abstract We developed CoolBox, an open source toolkit for visual analysis of genomics data, which is highly compatible with the Python ecosystem, easy to use and highly customizable with a well-designed user interface. It can be used in various visualization situations like a Swiss army knife, for example, to produce high-quality genome track plots or fetch common used genomic data files with a Python script or command line, interactively explore genomic data within Jupyter environment or web browser. Moreover, owing to the highly extensible API design, users can customize their own tracks without difficulty, which can greatly facilitate analytical, comparative genomic data visualization tasks.

Summary: CoolBox is a Python package for interactive genomic data exploration based on Jupyter notebook. It provides a ggplot2-like Application Programming Interface (API) for genomic data visualization, and a Jupyter/ipywidgets based Graphical User Interface (GUI) for interactive data exploration. CoolBox is a versatile multi-omics explorer supporting most types of data formats generated by various sequencing technologies like RNA-Seq, ChIP-Seq, ChIA-PET and Hi-C. Availability and implementation: CoolBox is purely implemented with Python, and the GUI widget in Jupyter notebook is based on the ipywidgets package. It is open-source and available under GPLv3 license at https://github.com/GangCaoLab/CoolBox.

Background It is becoming increasingly important to understand the mechanism of regulatory elements on target genes in long-range genomic distance. 3C (Chromosome Conformation Capture) and its derived methods are now widely applied to investigate genome organizations and gene regulation. Digestion-Ligation-Only Hi-C (DLO Hi-C) is a new technology with high efficiency and effective cost for whole-genome chromosome conformation capture.Results Here, we introduce DLO Hi-C Tool, a flexible and versatile pipeline for processing DLO Hi-C data from raw sequencing reads to normalized contact maps and providing quality controls for different steps. It includes more efficient iterative mapping and linker filtering. We applied DLO Hi-C Tool to different DLO Hi-C datasets, and demonstrated its ability of processing large data in multi-threading.Conclusions DLO Hi-C Tool is suitable for processing DLO Hi-C and in situ DLO Hi-C datasets. It is convenient and efficient for DLO Hi-C data processing.* ### Abbreviations 3C : C hromosome C onformation C apture 3D : Three-Dimensional BWA : Burrows-Wheeler Alignment ChIA-PET : Chromatin Interaction Analysis by Paired-End Tag Sequencing DLO Hi-C : Digestion-Ligation-Only Hi-C HTML : HyperText Markup Language PAGE : PolyacrylAmide Gel Electrophoresis PCR : Polymerase Chain Reaction SNP : Single Nucleotide Polymorphism TADs : Topologically Associating Domains

SUMMARY Genomic abnormalities, including structural variation (SV), copy number variation (CNV), single-nucleotide polymorphism (SNP), homogenously staining regions (HSR) and extrachromosomal DNA (ecDNA), are strongly associated with cancer, rare diseases and infertility. A robust technology to simultaneously detect these genomic abnormalities is highly desired for clinical diagnosis and basic research. In this study, we developed a simple and cost-effective method – multiple genetic abnormality sequencing (MGA-Seq) – to simultaneously detect SNPs, CNVs, SVs, ecDNA and HSRs in a single tube. This method has been successfully applied in both cancer cell lines and clinical tumour samples and revealed that focal amplification in tumour tissue is substantially heterogeneous. Notably, we delineated the architecture of focal amplification and the ecDNA network by MGA-Seq, which facilitated the exploration of the regulation of gene expression in ecDNA. This method could be extensively applied for diagnosis and may greatly facilitate the investigation of the genomic mechanism for genetic diseases.

Abstract The expression of linear DNA sequences is precisely regulated by the three–dimensional (3D) architecture of chromatin. Morphine-induced aberrant gene networks of neurons have been extensively investigated; however, how morphine impacts the 3D genomic architecture of neuorns is still unknown. Here, we applied digestion-ligation-only high-throughput chromosome conformation capture (DLO Hi-C) technology to investigate the affection of morphine on 3D chromatin architecture of primate cortical neurons. After receiving continuous morphine administration for 90 days on rhesus monkeys, we discovered that morphine re-arranged chromosome territories, with a total of 391 segmented compartments being switched. Morphine altered over half of the detected topologically associated domains (TADs), most of which exhibited a variety of shifts, followed by separating and fusing types. Analysis of the looping events at kilobase-scale resolution revealed that morphine increased not only the number but also the length of differential loops. Moreover, all identified differentially expressed genes (DEGs) from the RNA sequencing (RNA-seq) were mapped to the specific TAD boundaries or differential loops, and were further validated to be significantly changed. Collectively, an altered 3D genomic architecture of cortical neurons may regulate the gene networks associated-morphine effects. Our finding provides critical hubs connecting chromosome spatial organization and gene networks associated with the morphine effects in humans.

Abstract: Mycobacterium tuberculosis ( M . tb ) causes the current leading infectious disease. Examination of the functional genomics of M.tb and development of drugs and vaccines are hampered by the complicated and time-consuming genetic manipulation techniques for M . tb . Here, we reprogrammed M.tb endogenous type III-A CRISPR-Cas10 system for simple and efficient gene editing, RNA interference and screening via simple delivery of a plasmid harboring a mini-CRISPR array, thereby avoiding the introduction of exogenous proteins and minimizing proteotoxicity. We demonstrated that M.tb genes were efficiently and specifically knocked-in/out by this system, which was confirmed by whole-genome sequencing. This system was further employed for single and simultaneous multiple-gene RNA interference. Moreover, we successfully applied this system for genome-wide CRISPR interference screening to identify the in-vitro and intracellular growth-regulating genes. This system can be extensively used to explore the functional genomics of M.tb and facilitate the development of new anti- Mycobacterial drugs and vaccines.