Abstract The phosphatidylinositol 3′-kinase (PI3K) pathway is frequently activated in thyroid carcinomas through the constitutive activation of stimulatory molecules (e.g., Ras) and/or the loss of expression and/or function of the inhibitory PTEN protein that results in Akt activation. Recently, it has been reported that somatic mutations within the PI3K catalytic subunit, PIK3CA, are common (25-40%) among colorectal, gastric, breast, ovarian cancers, and high-grade brain tumors. Moreover, PIK3CA mutations have a tendency to cluster within the helical (exon 9) and the kinase (exon 20) domains. In this study, 13 thyroid cancer cell lines, 80 well-differentiated thyroid carcinomas of follicular (WDFC) and papillary (WDPC) type, and 70 anaplastic thyroid carcinomas (ATC) were investigated, by PCR-direct sequencing, for activating PIK3CA mutations at exons 9 and 20. Nonsynonymous somatic mutations were found in 16 ATC (23%), two WDFC (8%), and one WDPC (2%). In 18 of the 20 ATC cases showing coexisting differentiated carcinoma, mutations, when present, were restricted to the ATC component and located primarily within the kinase domain. Three cell lines of papillary and follicular lineage (K1, K2, and K5) were also found mutated. In addition, activation of Akt was observed in most of the ATC harboring PIK3CA mutations. These findings indicate that mutant PIK3CA is likely to function as an oncogene among ATC and less frequently well-differentiated thyroid carcinomas. The data also argue for a role of PIK3CA targeting in the treatment of ATC patients.

Abstract The mechanisms of gene expression regulation are essential for cell identity and function, and their disruption usually leads to human disease. The 3’ untranslated region (UTR) of mRNA contains important regulatory elements of gene expression, including upstream sequence elements (USEs) that are cis-regulatory sequences localized upstream of polyA signals (PAS). One of the best functionally characterised USEs is located in the 3’UTR of the Drosophila’s polo gene, which disruption leads to critical phenotypes in adult flies. In this work we found that the USE of the Drosophila’s polo gene (DplUSE) is also found in in the 3’UTR of vertebrate genes, including zebrafish, mouse and human genes, showing higher levels of conservation than the whole 3’UTR sequence. Using reporter assays, we show that DplUSE is able to increase gene expression in vitro in human cell lines and in vivo in zebrafish embryos. Importantly, in humans, the DplUSE containing genes are enriched for genes associated to serious diseases such as Congenital abnormalities and Malignant neoplasms, illustrating the potential of this sequence to modulate genes with relevant biological functions and related with human health. Concomitantly, when sequestering the molecular machinery that operates at the DplUSE using a dominant negative strategy, we show that this is enough to dysregulate DplUSE containing genes in human cells and disrupt proper embryo development in zebrafish. Aiming to understand the molecular mechanism operating at the DplUSE, we identified three RNA binding proteins (RBP) that specifically bind to the DplUSE in vertebrates. Importantly, one of such RBPs is PTBP1, the vertebrate orthologue of the fruit fly’s RBP Heph, that was demonstrated to be required for the DplUSE function in Drosophila. To test if PTBP1is essential for the DplUSE function, as observed in Drosophila, we depleted PTBP1 from human cells and observed a downregulation of the expression of DplUSE containing genes, demonstrating that the molecular mechanisms that operate at DplUSE are ultra-conserved. Finally, we explored if variants in DplUSE consensus could be associated to human disease. We found a reported single nucleotide polymorphism (SNP; rs3087967) that is associated with malignant tumor of colon and generates an ectopic consensus of DplUSE in the 3’ UTR of the tumorigenic POU2AF2/C11orf53 gene. We further show that this ectopic DplUSE motif causes a gain-of-function in vivo in zebrafish gut cells, suggesting its involvement in colon cancer development. These results show that a short motif present in the 3’UTR of genes from phylogenetically distant bilaterians, from fruit flies to humans, control genes’ expression through an ultra-conserved mechanism involving RBPs binding and its dysregulation might impact in human disease.

Summary Macrophages are essential cells of the immune system that alter their inflammatory profile depending on their microenvironment. Alternative polyadenylation in the 3’UTR (3’UTR-APA) and intronic polyadenylation (IPA) are mechanisms that modulate gene expression, in particular in cancer and activated immune cells. Yet, how polarization and colorectal cancer (CRC) cells microenvironment affect 3’UTR-APA and IPA in primary human macrophages remains unknown. Here, primary human monocytes were isolated from healthy donors, differentiated and polarized into a pro-inflammatory state and ChrRNA-Seq and 3’RNA-Seq were performed to quantify gene expression and characterize new 3’UTR-APA and IPA mRNA isoforms. Our results show that polarization of human macrophages from naïve to a pro-inflammatory state causes a marked increase both in proximal polyA site selection in the 3’UTR and in IPA events, in genes relevant for macrophage functions. Additionally, we found a negative correlation between differential gene expression and IPA during pro-inflammatory polarization of primary human macrophages. As macrophages are abundant immune cells in the CRC microenvironment that either promote or abrogate cancer progression, we investigated how indirect exposure to CRC cells affects macrophage gene expression and 3’UTR-APA and IPA mRNA events. Co-culture with CRC cells alters the inflammatory phenotype of macrophages, increases the expression of pro-tumoral genes and induce 3’UTR-APA alterations. Notably, some of these gene expression differences were also found in tumour-associated macrophages of CRC patients, indicating that they are physiological relevant. Upon macrophage pro-inflammatory polarization SRSF12 is the pre-mRNA processing gene that is most upregulated. After SRSF12 knockdown in M1 macrophages there is a global downregulation of gene expression, in particular in genes involved in gene expression regulation and in immune responses. Our results reveal new 3’UTR-APA and IPA mRNA isoforms produced during pro-inflammatory polarization of primary human macrophages and CRC co-culture that may be used in the future as diagnostic or therapeutic tools.

Abstract Summary APAtizer is a tool designed to analyze alternative polyadenylation events on RNA-sequencing data. The tool handles different file formats, including BAM, htseq and DaPars bedGraph files. It provides a user-friendly interface that allows users to generate informative visualizations, including Volcano plots, heatmaps and gene lists. These outputs allow the user to retrieve useful biological insights such as the occurrence of polyadenylation events when comparing two biological conditions. Additionally, it can perform differential gene expression, gene ontology analysis, visualization of Venn diagram intersections and correlation analysis. Availability and implementation Source code and example case studies for APAtizer are available at https://github.com/GeneRegulationi3S/APAtizer/.