Abstract To facilitate large-scale functional studies in Drosophila, the Drosophila Transgenic RNAi Project (TRiP) at Harvard Medical School (HMS) was established along with several goals: developing efficient vectors for RNAi that work in all tissues, generating a genome-scale collection of RNAi stocks with input from the community, distributing the lines as they are generated through existing stock centers, validating as many lines as possible using RT–qPCR and phenotypic analyses, and developing tools and web resources for identifying RNAi lines and retrieving existing information on their quality. With these goals in mind, here we describe in detail the various tools we developed and the status of the collection, which is currently composed of 11,491 lines and covering 71% of Drosophila genes. Data on the characterization of the lines either by RT–qPCR or phenotype is available on a dedicated website, the RNAi Stock Validation and Phenotypes Project (RSVP, http://www.flyrnai.org/RSVP.html), and stocks are available from three stock centers, the Bloomington Drosophila Stock Center (United States), National Institute of Genetics (Japan), and TsingHua Fly Center (China).

The balance between stem cell self-renewal and differentiation is precisely controlled to ensure tissue homeostasis and prevent tumorigenesis. Here we use genome-wide transgenic RNAi to identify 620 genes potentially involved in controlling this balance in Drosophila neuroblasts. We quantify all phenotypes and derive measurements for proliferation, lineage, cell size, and cell shape. We identify a set of transcriptional regulators essential for self-renewal and use hierarchical clustering and integration with interaction data to create functional networks for the control of neuroblast self-renewal and differentiation. Our data identify key roles for the chromatin remodeling Brm complex, the spliceosome, and the TRiC/CCT-complex and show that the alternatively spliced transcription factor Lola and the transcriptional elongation factors Ssrp and Barc control self-renewal in neuroblast lineages. As our data are strongly enriched for genes highly expressed in murine neural stem cells, they are likely to provide valuable insights into mammalian stem cell biology as well.

Abstract The neural tube (NT) has been a hallmark example of embryonic induction and patterning whereby the notochord induces an organiser, the floorplate, that secretes Sonic Hedgehog (SHH) to pattern the surrounding field of neural progenitors. On the other hand, NT organoids (NTOs) formed from embryonic stem cells (ESCs) undergo spontaneous floorplate formation and patterning in the absence of their normal embryonic inducers. Understanding how stem cells undergo regulative organiser formation is a central challenge in biology. Here, we investigated the self-organisation of a SHH-expressing floorplate organiser using clonal NTOs. Expression of FOXA2, a floorplate transcription factor, was initially spatially scattered before resolving into multiple clusters. These FOXA2 + clusters underwent competition and physical sorting, resulting in a stable “winning” floorplate. We identified BMP signalling as a key governor of long-range cluster competition. FOXA2 + clusters expressed BMP4 ligand suppressing FOXA2 in receiving cells, while simultaneously expressing the BMP-inhibitor NOGGIN to secure FOXA2 + cluster survival. Genetic mutation of Noggin perturbed the floorplate not only in NTOs but also in vivo at the mid-hindbrain region of the mouse NT. These results demonstrate how the floorplate can form autonomously without its well-known inducer, the notochord, suggesting redundant mechanisms ensuring robustness. Defining molecular pathways that govern organiser self-organisation is critical in harnessing the developmental plasticity of stem cells toward directed tissue engineering.

Abstract Genetic networks are characterized by extensive buffering. During tumour evolution, disruption of these functional redundancies can create de novo vulnerabilities that are specific to cancer cells. In this regard, paralog genes are of particular interest, as the loss of one paralog gene can render tumour cells dependent on a remaining paralog. To systematically identify cancer-relevant paralog dependencies, we searched for candidate dependencies using CRISPR screens and publicly available loss-of-function datasets. Our analysis revealed >2,000 potential candidate dependencies, several of which were subsequently experimentally validated. We provide evidence that DNAJC15-DNAJC19, FAM50A-FAM50B and RPP25-RPP25L are novel cancer relevant paralog dependencies. Importantly, our analysis also revealed unexpected redundancies between sex chromosome genes. We show that chrX- and chrY- encoded paralogs, as exemplified by ZFX-ZFY, DDX3X-DDX3Y and EIF1AX-EIF1AY , are functionally linked so that tumour cell lines from male patients with Y-chromosome loss become exquisitely dependent on the chrX-encoded gene. We therefore propose genetic redundancies between chrX- and chrY- encoded paralogs as a general therapeutic strategy for human tumours that have lost the Y-chromosome.

Abstract Loss-of-function genetic tools are widely applied for validating therapeutic targets, but their utility remains limited by incomplete on- and uncontrolled off-target effects. We describe artificial RNA interference (ARTi) based on synthetic, ultra-potent, off-target-free shRNAs that enable efficient and inducible suppression of any gene upon introduction of a synthetic target sequence into non-coding transcript regions. ARTi establishes a scalable loss-of-function tool with full control over on- and off-target effects.

Targeted cancer therapy is based on exploiting selective dependencies of tumor cells. By leveraging recent large-scale genomic profiling and functional screening of cancer cell lines we identified Werner syndrome helicase (WRN) as a novel specific vulnerability of microsatellite instability-high (MSI-H) cancer cells. MSI, caused by defective mismatch repair is frequently detected in human malignancies, in particular in colorectal, endometrial and gastric cancers. We demonstrate that WRN inactivation selectively impairs the viability of MSI-H but not microsatellite stable (MSS) colorectal and endometrial cancer cell lines. In MSI-H cells, WRN loss results in the emergence of chromosome breaks, chromatin bridges and micronuclei highlighting defective genome integrity. WRN variants harboring mutations abrogating the ATPase function of WRN helicase fail to rescue the viability phenotype of WRN-depleted MSI-H colorectal cells. Our study suggests that pharmacological inhibition of WRN helicase function might represent a novel opportunity to develop a targeted therapy for MSI-H cancers.

Abstract Transcription factors (TFs) are key components of the aberrant transcriptional programs in cancer cells. In this study, we used TF activity (TFa), inferred from the downstream regulons as a potential biomarker to identify associated genetic vulnerabilities in cancer cells. Our linear model framework, integrating TFa and genome-wide CRISPR knockout datasets identified 1,770 candidate TFa-target pairs across different cancer types and assessed their survival impact in patient data. As a proof of concept, through inhibitor screens and genetic depletion assays in cell lines, we validated the dependency of cell lines on predicted targets linked to TEAD1, the most prominent TF from our analysis. Overall, these candidate pairs represent an attractive resource for early-stage targets and drug discovery programs in oncology.