Significance T-cell genome engineering holds great promise for cancer immunotherapies and cell-based therapies for HIV, primary immune deficiencies, and autoimmune diseases, but genetic manipulation of human T cells has been inefficient. We achieved efficient genome editing by delivering Cas9 protein pre-assembled with guide RNAs. These active Cas9 ribonucleoproteins (RNPs) enabled successful Cas9-mediated homology-directed repair in primary human T cells. Cas9 RNPs provide a programmable tool to replace specific nucleotide sequences in the genome of mature immune cells—a longstanding goal in the field. These studies establish Cas9 RNP technology for diverse experimental and therapeutic genome engineering applications in primary human T cells.

Systemic lupus erythematosus (SLE) is a heterogeneous autoimmune disease. Knowledge of circulating immune cell types and states associated with SLE remains incomplete. We profiled more than 1.2 million peripheral blood mononuclear cells (162 cases, 99 controls) with multiplexed single-cell RNA sequencing (mux-seq). Cases exhibited elevated expression of type 1 interferon-stimulated genes (ISGs) in monocytes, reduction of naïve CD4

We present Vision, a tool for annotating the sources of variation in single cell RNA-seq data in an automated and scalable manner. Vision operates directly on the manifold of cell-cell similarity and employs a flexible annotation approach that can operate either with or without preconceived stratification of the cells into groups or along a continuum. We demonstrate the utility of Vision in several case studies and show that it can derive important sources of cellular variation and link them to experimental meta-data even with relatively homogeneous sets of cells. Vision produces an interactive, low latency and feature rich web-based report that can be easily shared among researchers, thus facilitating data dissemination and collaboration.

Genomic imprinting is an important regulatory mechanism that silences one of the parental copies of a gene. To systematically characterize this phenomenon, we analyze tissue specificity of imprinting from allelic expression data in 1582 primary tissue samples from 178 individuals from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project. We characterize imprinting in 42 genes, including both novel and previously identified genes. Tissue specificity of imprinting is widespread, and gender-specific effects are revealed in a small number of genes in muscle with stronger imprinting in males. IGF2 shows maternal expression in the brain instead of the canonical paternal expression elsewhere. Imprinting appears to have only a subtle impact on tissue-specific expression levels, with genes lacking a systematic expression difference between tissues with imprinted and biallelic expression. In summary, our systematic characterization of imprinting in adult tissues highlights variation in imprinting between genes, individuals, and tissues.

Abstract Identification of trans -eQTLs has been limited by a heavy multiple testing burden, read-mapping biases, and hidden confounders. To address these issues, we developed GBAT, a powerful gene-based method that allows robust detection of trans gene regulation. Using simulated and real data, we show that GBAT drastically increases detection of trans -gene regulation over standard trans -eQTL analyses.

Abstract Over 90% of genetic variants associated with complex human traits map to non-coding regions, but little is understood about how they modulate gene regulation in health and disease. One possible mechanism is that genetic variants affect the activity of one or more cis-regulatory elements leading to gene expression variation in specific cell types. To identify such cases, we analyzed Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing (ATAC-seq) and RNA-seq profiles from activated CD4+ T cells of up to 105 healthy donors. We found that regions of accessible chromatin (ATAC-peaks) are co-accessible at kilobase and megabase resolution, in patterns consistent with the 3D organization of chromosomes measured by in situ Hi-C in T cells. 15% of genetic variants located within ATAC-peaks affected the accessibility of the corresponding peak through disrupting binding sites for transcription factors important for T cell differentiation and activation. These ATAC quantitative trait nucleotides (ATAC-QTNs) have the largest effects on co-accessible peaks, are associated with gene expression from the same aliquot of cells, are rarely affecting core binding motifs, and are enriched for autoimmune disease variants. Our results provide insights into how natural genetic variants modulate cis-regulatory elements, in isolation or in concert, to influence gene expression in primary immune cells that play a key role in many human diseases.