Abstract Cancer cells express unique RNA transcripts; however, the factors determining their translation have remained unclear. We recently developed open reading frame (ORF) dominance as a measure that correlates with coding potential of RNAs. Upon calculating the ORF dominance of cancer-specific transcripts across 24 human tumor types, 14 exhibited significantly higher ORF dominance in cancer than in normal tissues. In organoid-based mouse genetic models, ORF dominance increased with carcinogenesis. Gene ontology analysis revealed that gene sets with increased ORF dominance were associated with cell proliferation, while those with decreased ORF dominance were linked to DNA damage response. Translatome analyses demonstrated that elevated ORF dominance during carcinogenesis resulted in higher translation frequencies of ribosome-bound RNAs. As cancer progressed, ORF dominance showed that the boundary between coding and noncoding transcripts became blurred prior to distant metastasis, indicating decreased proliferative cell populations and increased generation of RNA isoforms that potentially translate neoantigens before the development of metastatic tumors. These findings suggest that cancer evolution leads to dynamic changes in ORF dominance, resulting in global translational alterations in transcriptomes.

Abstract Amplification of MYCN is observed in high-risk neuroblastomas (NBs) and is associated with a poor prognosis. MYCN expression is directly regulated by multiple transcription factors, including OCT4, MYCN, CTCF, and p53 in NB. Our previous study showed that inhibition of p53 binding at the MYCN locus induces NB cell death. However, it remains unclear whether other transcription factors contribute to NB cell survival. In this study, we revealed that the inhibition of OCT4 binding at the MYCN locus, a critical site for the human-specific OCT4–MYCN positive feedback loop, induces caspase-2-mediated cell death in MYCN -amplified NB. We used the CRISPR/deactivated Cas9 (dCas9) technology to specifically inhibit transcription factors from binding to the MYCN locus in the MYCN -amplified NB cell lines CHP134 and IMR32. In both cell lines, the inhibition of OCT4 binding at the MYCN locus reduced MYCN activity. Differentially downregulated transcripts were associated with high-open reading frame (ORF) dominance score, which is associated with the translation efficiency of transcripts. These transcripts were enriched in splicing factors, including MYCN-target genes such as HNRNPA1 and PTBP1 . Furthermore, transcripts with high-ORF dominance were significantly associated with genes whose high expression is associated with a poor prognosis of NB. In conclusion, the inhibition of OCT4 binding at the MYCN locus resulted in reduced MYCN activity, which in turn led to the downregulation of high-ORF dominance transcripts and subsequently induced caspase-2-mediated cell death in MYCN -amplified NB cells. Therefore, disruption of the human-specific OCT4–MYCN positive feedback loop may serve as an effective therapeutic strategy for MYCN -amplified NB. Contribution to the field Neuroblastoma (NB) is a childhood tumor. Amplification of MYCN is frequently observed in high-risk NBs and is linked to a poor prognosis. Multiple transcription factors, including OCT4, MYCN, CTCF, and p53, regulate MYCN expression by binding to the MYCN locus. This study investigated the contribution of these transcription factors in NB cell survival. We used CRISPR/deactivated Cas9 (dCas9) technology to specifically inhibit transcription factors from binding to the MYCN locus in MYCN -amplified NB cell lines. We found that the inhibition of OCT4 binding at the MYCN locus, a critical site for the human-specific OCT4–MYCN positive feedback loop, reduces MYCN activity and induces NB cell death. A detailed investigation of the molecular mechanisms of cell death revealed that the downregulated transcripts after suppressed MYCN activity were associated with high-open reading frame (ORF) dominance scores, which are associated with translation efficiency of transcripts. These transcripts were enriched in splicing factors, including MYCN-target genes such as HNRNPA1 and PTBP1 . Reduced expression of these splicing factors altered the PKM mRNA splicing accompanied by the induction of p53–caspase-2–MDM2-mediated cell death. These findings suggest that disrupting the human-specific OCT4–MYCN positive feedback loop may serve as a promising therapeutic strategy for MYCN -amplified NB.

Abstract Recent studies have identified numerous RNAs that are functionally both coding and noncoding. However, the sequence characteristics that determine bifunctionality remain largely unknown. In this study, we developed and tested a potentially translated island (PTI) score, defined as the occupancy of the longest open reading frame (ORF) among all putative ORFs. We found that this score correlated with translation, including noncoding RNAs. In bacteria and archaea, coding and noncoding transcripts had narrow distributions of high and low PTI scores, respectively, whereas those of eukaryotes showed relatively broader distributions, with considerable overlap between coding and noncoding transcripts. The extent of overlap positively and negatively correlated with the mutation rates of genomes and effective population sizes of species, respectively. These overlaps were significantly increased in threatened species. In macroevolution, the appearance of the nucleus and multicellularity seem to have influenced the overlap of PTI score distributions, so that the probability of the existence of bifunctional RNAs is increased in eukaryotes. In mammalian testes, we observed an enrichment of noncoding RNAs with high PTI scores, which are candidates for bifunctional RNAs. These results suggest that the decrease in population size and the emergence of testes in eukaryotic multicellular organisms allow for the stable existence of bifunctional RNAs, consequently increasing the probability of the birth of novel coding and non-coding RNAs.