Higher-order chromatin structure is emerging as an important regulator of gene expression. Although dynamic chromatin structures have been identified in the genome, the full scope of chromatin dynamics during mammalian development and lineage specification remains to be determined. By mapping genome-wide chromatin interactions in human embryonic stem (ES) cells and four human ES-cell-derived lineages, we uncover extensive chromatin reorganization during lineage specification. We observe that although self-associating chromatin domains are stable during differentiation, chromatin interactions both within and between domains change in a striking manner, altering 36% of active and inactive chromosomal compartments throughout the genome. By integrating chromatin interaction maps with haplotype-resolved epigenome and transcriptome data sets, we find widespread allelic bias in gene expression correlated with allele-biased chromatin states of linked promoters and distal enhancers. Our results therefore provide a global view of chromatin dynamics and a resource for studying long-range control of gene expression in distinct human cell lineages.

Oncogenes are commonly amplified on particles of extrachromosomal DNA (ecDNA) in cancer1,2, but our understanding of the structure of ecDNA and its effect on gene regulation is limited. Here, by integrating ultrastructural imaging, long-range optical mapping and computational analysis of whole-genome sequencing, we demonstrate the structure of circular ecDNA. Pan-cancer analyses reveal that oncogenes encoded on ecDNA are among the most highly expressed genes in the transcriptome of the tumours, linking increased copy number with high transcription levels. Quantitative assessment of the chromatin state reveals that although ecDNA is packaged into chromatin with intact domain structure, it lacks higher-order compaction that is typical of chromosomes and displays significantly enhanced chromatin accessibility. Furthermore, ecDNA is shown to have a significantly greater number of ultra-long-range interactions with active chromatin, which provides insight into how the structure of circular ecDNA affects oncogene function, and connects ecDNA biology with modern cancer genomics and epigenetics. Imaging and sequencing approaches are combined to show that extrachromosomal DNA (ecDNA) in cancer is circular and has unique chromatin structure that amplifies oncogene output.

Nephron progenitor cells (NPCs) self-renew and differentiate into nephrons, the functional units of the kidney. Here we report manipulation of p38 and YAP activity creates a synthetic niche that allows the long-term clonal expansion of primary mouse and human NPCs, and induced NPCs (iNPCs) from human pluripotent stem cells. Cultured iNPCs resemble closely primary human NPCs, generating nephron organoids with abundant distal convoluted tubule cells, which are not observed in published kidney organoids. The synthetic niche reprograms differentiated nephron cells into NPC state, recapitulating the plasticity of developing nephron in vivo. Scalability and ease of genome-editing in the cultured NPCs allow for genome-wide CRISPR screening, identifying novel genes associated with kidney development and disease. A rapid, efficient, and scalable organoid model for polycystic kidney disease was derived directly from genome-edited NPCs, and validated in drug screen. These technological platforms have broad applications to kidney development, disease, plasticity, and regeneration.

Rapid population ageing, compounded by declines in the younger workforce that could offer timely caregiving assistance, is undermining society's ability to effectively and sufficiently protect people's health and quality of life as they grow old. This paper explores the promise of senior employment technology, a group of technological innovations that have the potential to alleviate or even eliminate the barriers faced by older individuals in the workforce. By doing so, these technologies empower older individuals to proactively safeguard their current and future living standards. This discussion delves into the potential of senior employment technologies in facilitating the continued participation of older individuals in the workforce and highlights the existing barriers preventing the widespread adoption of these technologies.

ABSTRACT Transposable elements (TEs) are parasitic DNA sequences accounting for over half of the human genome. Tight control of the repression and activation states of TEs is critical for genome integrity, development, immunity, and diseases, including cancer. However, precisely how this regulation is achieved remains unclear. To address this question, we develop a targeted proteomic proximity labeling approach to capture TE-associated proteins in human embryonic stem cells (hESCs). We find that the RNA N6-methyladenosine(m 6 A)-reader, YTHDC2, occupies genomic loci of the primate-specific TE, LTR7/HERV-H, specifically through its interaction with m 6 A-modified HERV-H RNAs. Unexpectedly, YTHDC2 recruits the DNA 5-methylcytosine(5mC)-demethylase, TET1, to remove 5mC from LTR7/HERV-H and prevent epigenetic silencing. Functionally, the YTHDC2/LTR7-axis inhibits neural differentiation of hESCs. Our results reveal both an underappreciated crosstalk between RNA m 6 A and DNA 5mC, the most abundant regulatory modifications of RNA and DNA in eukaryotes, and the fact that in hESCs this interplay controls TE activity and cell fate.

Abstract There are fundamental differences in the way that neonatal and adult intestines absorb nutrients. In adults, macromolecules are efficiently broken down into simpler molecular components in the lumen of the small intestine, then absorbed. In contrast, neonates are thought to rely more on bulk intake of nutrients and subsequent degradation in the lysosome. Here, we identify the Maf family transcription factors, MafB and cMaf, as markers of terminally-differentiated intestinal enterocytes throughout life. The expression of these factors is regulated by HNF4α/γ, master regulators of the enterocyte cell fate. Loss of Maf factors results in a neonatal-specific failure to thrive and loss of bulk uptake of nutrients. RNA-Seq and CUT&RUN analyses defined an endo-lysosomal program as being downstream of these transcription factors. We demonstrate major transcriptional changes in metabolic pathways, including fatty acid oxidation and increases in peroxisome number in response to loss of Mafs. Finally, we show that deletion of Blimp1, which represses adult enterocyte genes in the neonatal gut, shows highly overlapping changes in gene expression and similar defects in nutrient uptake. This work defines transcriptional regulators that are necessary for bulk uptake in neonatal enterocytes.

UBE2N, a Lys63-ubiquitin conjugating enzyme, plays critical roles in embryogenesis and immune system development and function. However, its roles in adult epithelial tissue homeostasis and pathogenesis are unclear. We generated conditional mouse models that deleted Ube2n in skin cells in a temporally and spatially controlled manner. We found that Ube2n-knockout (KO) in the adult skin keratinocytes induced a range of inflammatory skin defects characteristic of psoriatic and actinic keratosis. These included eczematous inflammation, epidermal and dermal thickening, parakeratosis, and increased immune cell infiltration, as well as signs of edema and blistering. Single cell transcriptomic analyses and RT-qPCR showed that Ube2n KO keratinocytes expressed elevated myeloid cell chemo-attractants such as Cxcl1 and Cxcl2 and decreased the homeostatic T lymphocyte chemo-attractant, Ccl27a. Consistently, the infiltrating immune cells of Ube2n-KO skin were predominantly myeloid-derived cells including neutrophils and M1-like macrophages that were highly inflammatory, as indicated by expression of Il1β and Il24. Pharmacological blockade of the IL-1 receptor associated kinases (IRAK1/4) alleviated eczema, epidermal and dermal thickening, and immune infiltration of the Ube2n mutant skin. Together, these findings highlight a key role of keratinocyte-UBE2N in maintenance of epidermal homeostasis and skin immunity and identify IRAK1/4 as potential therapeutic target for inflammatory skin disorders.