Developmental programs are controlled by transcription factors and chromatin regulators, which maintain specific gene expression programs through epigenetic modification of the genome. These regulatory events at enhancers contribute to the specific gene expression programs that determine cell state and the potential for differentiation into new cell types. Although enhancer elements are known to be associated with certain histone modifications and transcription factors, the relationship of these modifications to gene expression and developmental state has not been clearly defined. Here we interrogate the epigenetic landscape of enhancer elements in embryonic stem cells and several adult tissues in the mouse. We find that histone H3K27ac distinguishes active enhancers from inactive/poised enhancer elements containing H3K4me1 alone. This indicates that the amount of actively used enhancers is lower than previously anticipated. Furthermore, poised enhancer networks provide clues to unrealized developmental programs. Finally, we show that enhancers are reset during nuclear reprogramming.

We have developed a simple and sensitive method for detecting, sizing and mapping RNA transcripts from viral or cloned DNAs. This technique has been used to examine the cytoplasmic transcripts produced during the early phase of adenovirus 2 (Ad2) infection of HeLa cells. Unlabeled total cytoplasmic or oligo (dT)-selected cytoplasmic RNA is hybridized to restriction fragments of 32P-labeled viral DNA in 80% formamide under conditions above the Tm of the DNA duplex, but below the Tm of the RNA-DNA hybrid duplex ( Casey and Davidson, 1977 Casey J. Davidson N. Nucl. Acids Res. 1977; (in press) PubMed Google Scholar ). DNA complements precisely the length of the hybridized RNA are generated by treating with single-strand-specific S1 endonuclease under conditions which do not introduce strand breaks into hybrid duplex. The sizes of the S1-resistant single-stranded DNAs are then determined by alkaline agarose gel electrophoresis ( McDonnell et al., 1977 McDonnell M.W. Simon M.N. Studier F.W. J. Mol. Biol. 1977; 110: 119-146 Crossref PubMed Scopus (1046) Google Scholar ). A restriction fragment which terminates within a region coding for an mRNA yields a band equal in size to the portion of the mRNA transcribed from that restriction fragment. This allows unique mapping of coding regions relative to restriction endonuclease cleavage sites. All early Ad2 transcripts are clustered in four regions of the viral DNA. At least five early stable cytoplasmic colinear transcripts are transcribed to the right from the left end of the viral genome, the region of the genome coding functions necessary for transformation of mammalian cells. Transcripts of 650, 350 and 1750 nucleotides map from 1.7 ± 0.5 to 3.6 ± 0.5, 3.6 ± 0.2 to 4.6 ± 0.4, and 4.7 ± 0.3 to 9.5 ± 0.5 units, respectively, and there are two 450 nucleotide transcripts tentatively mapped in the region of 3.0 and 11.0 units. Two overlapping transcripts of 1600 and 1700 nucleotides having the same 3′ terminus and 5′ termini displaced by 100 nucleotides are transcribed to the left from 66.2 ± 0.3 to 61.6 ± 0.2 and 66.5 ± 0.3 to 61.6 ± 0.2 units, respectively. Seven other distinct early stable cytoplasmic transcripts have also been positioned on the genome.

Double-stranded RNA (dsRNA) directs the sequence-specific degradation of mRNA through a process known as RNA interference (RNAi). Using a recently developed Drosophila in vitro system, we examined the molecular mechanism underlying RNAi. We find that RNAi is ATP dependent yet uncoupled from mRNA translation. During the RNAi reaction, both strands of the dsRNA are processed to RNA segments 21–23 nucleotides in length. Processing of the dsRNA to the small RNA fragments does not require the targeted mRNA. The mRNA is cleaved only within the region of identity with the dsRNA. Cleavage occurs at sites 21–23 nucleotides apart, the same interval observed for the dsRNA itself, suggesting that the 21–23 nucleotide fragments from the dsRNA are guiding mRNA cleavage.

The RNA-guided endonuclease Cas9 has emerged as a versatile genome-editing platform. However, the size of the commonly used Cas9 from Streptococcus pyogenes (SpCas9) limits its utility for basic research and therapeutic applications that use the highly versatile adeno-associated virus (AAV) delivery vehicle. Here, we characterize six smaller Cas9 orthologues and show that Cas9 from Staphylococcus aureus (SaCas9) can edit the genome with efficiencies similar to those of SpCas9, while being more than 1 kilobase shorter. We packaged SaCas9 and its single guide RNA expression cassette into a single AAV vector and targeted the cholesterol regulatory gene Pcsk9 in the mouse liver. Within one week of injection, we observed >40% gene modification, accompanied by significant reductions in serum Pcsk9 and total cholesterol levels. We further assess the genome-wide targeting specificity of SaCas9 and SpCas9 using BLESS, and demonstrate that SaCas9-mediated in vivo genome editing has the potential to be efficient and specific. The physical size of the commonly used Cas9 from Streptococcus pyogenes poses challenges for CRISPR-Cas genome editing systems that use the adeno-associated virus as a delivery vehicle; here, smaller Cas9 orthologues are characterized, and Cas9 from Staphylococcus aureus allowed targeting of the cholesterol regulatory gene Pcsk9 in the mouse liver. The RNA-guided endonuclease CRISPR-Cas9 is being widely adopted as the genome-editing tool of choice. However, the physical size of the commonly used Cas9 from Streptococcus pyogenes (SpCas9) poses problems for applications that use the adeno-associated virus (AAV) as a delivery vehicle. Feng Zhang and colleagues now characterize six smaller Cas9 orthologues. Focusing on Cas9 from Staphylococcus aureus, they packaged it and its single guide RNA expression cassette into a single AAV vector and targeted the cholesterol regulatory gene Pcsk9 in the mouse liver. Greater than 40% gene modification was observed within a week of injection, accompanied by significant reductions in serum Pcsk9 and total cholesterol levels.

MicroRNAs are predicted to regulate thousands of mammalian genes, but relatively few targets have been experimentally validated and few microRNA loss-of-function phenotypes have been assigned. As an alternative to chemically modified antisense oligonucleotides, we developed microRNA inhibitors that can be expressed in cells, as RNAs produced from transgenes. Termed 'microRNA sponges', these competitive inhibitors are transcripts expressed from strong promoters, containing multiple, tandem binding sites to a microRNA of interest. When vectors encoding these sponges are transiently transfected into cultured cells, sponges derepress microRNA targets at least as strongly as chemically modified antisense oligonucleotides. They specifically inhibit microRNAs with a complementary heptameric seed, such that a single sponge can be used to block an entire microRNA seed family. RNA polymerase II promoter (Pol II)-driven sponges contain a fluorescence reporter gene for identification and sorting of sponge-treated cells. We envision the use of stably expressed sponges in animal models of disease and development.

Super-enhancers (SEs) are clusters of enhancers that cooperatively assemble a high density of the transcriptional apparatus to drive robust expression of genes with prominent roles in cell identity. Here we demonstrate that the SE-enriched transcriptional coactivators BRD4 and MED1 form nuclear puncta at SEs that exhibit properties of liquid-like condensates and are disrupted by chemicals that perturb condensates. The intrinsically disordered regions (IDRs) of BRD4 and MED1 can form phase-separated droplets, and MED1-IDR droplets can compartmentalize and concentrate the transcription apparatus from nuclear extracts. These results support the idea that coactivators form phase-separated condensates at SEs that compartmentalize and concentrate the transcription apparatus, suggest a role for coactivator IDRs in this process, and offer insights into mechanisms involved in the control of key cell-identity genes.

CRISPR-Cas9 is a versatile genome editing technology for studying the functions of genetic elements. To broadly enable the application of Cas9 in vivo, we established a Cre-dependent Cas9 knockin mouse. We demonstrated in vivo as well as ex vivo genome editing using adeno-associated virus (AAV)-, lentivirus-, or particle-mediated delivery of guide RNA in neurons, immune cells, and endothelial cells. Using these mice, we simultaneously modeled the dynamics of KRAS, p53, and LKB1, the top three significantly mutated genes in lung adenocarcinoma. Delivery of a single AAV vector in the lung generated loss-of-function mutations in p53 and Lkb1, as well as homology-directed repair-mediated KrasG12D mutations, leading to macroscopic tumors of adenocarcinoma pathology. Together, these results suggest that Cas9 mice empower a wide range of biological and disease modeling applications.

MicroRNAs (miRNAs) are a class of noncoding RNAs found in organisms as evolutionarily distant as plants and mammals, yet most of the mRNAs they regulate are unknown. Here we show that the ability of an miRNA to translationally repress a target mRNA is largely dictated by the free energy of binding of the first eight nucleotides in the 5′ region of the miRNA. However, G:U wobble base-pairing in this region interferes with activity beyond that predicted on the basis of thermodynamic stability. Furthermore, an mRNA can be simultaneously repressed by more than one miRNA species. The level of repression achieved is dependent on both the amount of mRNA and the amount of available miRNA complexes. Thus, predicted miRNA:mRNA interactions must be viewed in the context of other potential interactions and cellular conditions.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTDetection of two restriction endonuclease activities in Haemophilus parainfluenzae using analytical agarose-ethidium bromide electrophoresisPhillip A. Sharp, Bill Sugden, and Joe SambrookCite this: Biochemistry 1973, 12, 16, 3055–3063Publication Date (Print):July 1, 1973Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 July 1973https://pubs.acs.org/doi/10.1021/bi00740a018https://doi.org/10.1021/bi00740a018research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views2332Altmetric-Citations1081LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

miR-17∼92, miR-106b∼25, and miR-106a∼363 belong to a family of highly conserved miRNA clusters. Amplification and overexpression of miR-17∼92 is observed in human cancers, and its oncogenic properties have been confirmed in a mouse model of B cell lymphoma. Here we show that mice deficient for miR-17∼92 die shortly after birth with lung hypoplasia and a ventricular septal defect. The miR-17∼92 cluster is also essential for B cell development. Absence of miR-17∼92 leads to increased levels of the proapoptotic protein Bim and inhibits B cell development at the pro-B to pre-B transition. Furthermore, while ablation of miR-106b∼25 or miR-106a∼363 has no obvious phenotypic consequences, compound mutant embryos lacking both miR-106b∼25 and miR-17∼92 die at midgestation. These results provide key insights into the physiologic functions of this family of microRNAs and suggest a link between the oncogenic properties of miR-17∼92 and its functions during B lymphopoiesis and lung development.