Circular RNAs (circRNAs) are abundant and evolutionarily conserved RNAs of largely unknown function. Here, we show that a subset of circRNAs is translated in vivo. By performing ribosome footprinting from fly heads, we demonstrate that a group of circRNAs is associated with translating ribosomes. Many of these ribo-circRNAs use the start codon of the hosting mRNA, are bound by membrane-associated ribosomes, and have evolutionarily conserved termination codons. In addition, we found that a circRNA generated from the muscleblind locus encodes a protein, which we detected in fly head extracts by mass spectrometry. Next, by performing in vivo and in vitro translation assays, we show that UTRs of ribo-circRNAs (cUTRs) allow cap-independent translation. Moreover, we found that starvation and FOXO likely regulate the translation of a circMbl isoform. Altogether, our study provides strong evidence for translation of circRNAs, revealing the existence of an unexplored layer of gene activity.

Although clonal neo-antigen burden is associated with improved response to immune therapy, the functional basis for this remains unclear. Here we study this question in a novel controlled mouse melanoma model that enables us to explore the effects of intra-tumor heterogeneity (ITH) on tumor aggressiveness and immunity independent of tumor mutational burden. Induction of UVB-derived mutations yields highly aggressive tumors with decreased anti-tumor activity. However, single-cell-derived tumors with reduced ITH are swiftly rejected. Their rejection is accompanied by increased T cell reactivity and a less suppressive microenvironment. Using phylogenetic analyses and mixing experiments of single-cell clones, we dissect two characteristics of ITH: the number of clones forming the tumor and their clonal diversity. Our analysis of melanoma patient tumor data recapitulates our results in terms of overall survival and response to immune checkpoint therapy. These findings highlight the importance of clonal mutations in robust immune surveillance and the need to quantify patient ITH to determine the response to checkpoint blockade.

BACKGROUND. The circadian clock is a fundamental and pervasive biological program that coordinates 24-hour rhythms in physiology, metabolism, and behavior, and it is essential to health. Whereas therapy adapted to time of day is increasingly reported to be highly successful, it needs to be personalized, since internal circadian time is different for each individual. In addition, internal time is not a stable trait, but is influenced by many factors, including genetic predisposition, age, sex, environmental light levels, and season. An easy and convenient diagnostic tool is currently missing.

SUMMARY Circadian rhythms are generated by the cyclic transcription, translation and degradation of clock genes, including timeless ( tim ). Currently, little is known about the mechanisms by which the circadian clock senses and adapts to temperature changes. Here we show that temperature dramatically changes the splicing pattern of tim . We found that at 18°C TIM protein levels are diminished due to the induction of two cold-specific splicing isoforms ( tim-cold and tim-short&cold ). At 29°C, another isoform, tim-Medium is strongly upregulated. We found that this isoform switching mechanism allows flies to regulate the levels and activity of TIM by setting miRNA-dependent thresholds for expression as well as by expressing isoforms with specific functions. Flies in which the production of tim-short&cold is abrogated display altered patterns of locomotor activity and altered tim expression. Interestingly, the introns of tim carry the information for the temperature sensitivity, suggesting that tim splicing per se is the temperature sensor.

Abstract A defining property of circadian clocks is temperature compensation, characterized by the resilience of circadian free-running periods against changes in environmental temperature. As an underlying mechanism, the balance or critical reaction hypothesis have been proposed. While the former supposes a temperature-dependent balancing of reactions with opposite effects on circadian period, the latter assumes an insensitivity of certain critical period determining regulations upon temperature changes. Posttranscriptional regulations such as temperature-sensitive alternative splicing or phosphorylation have been described as underlying reactions. Here, we show that knockdown of cleavage and polyadenylation specificity factor subunit 6 ( CPSF6 ), a key regulator of 3’-end cleavage and polyadenylation, abolishes circadian temperature compensation in U-2 OS cells. We apply a combination of 3’-End-RNA-seq and mass spectrometry-based proteomics to globally quantify changes in 3’ UTR length as well as gene and protein expression between wild type and CPSF6 knock-down cells and their dependency on temperature. Analyzing differential responses upon temperature changes in wild type and CPSF6 knockdown cells reveals candidate genes underlying circadian temperature compensation. We identify that eukaryotic translation initiation factor 2 subunit 1 ( EIF2S1 ) is among these candidates. EIF2S1 is known as a master regulator of cellular stress responses that additionally regulates circadian rhythms. We show that knockdown of EIF2S1 furthermore impairs temperature compensation, suggesting that the role of CPSF6 in temperature compensation may be mediated by its regulation of EIF2S1 .

Low intra-tumor heterogeneity (ITH) correlates with increased patient survival and immunotherapy response. However, even highly homogeneous tumors are variably aggressive, and the immunological factors impacting aggressiveness remain understudied. Here, we analyzed the mechanisms underlying immune escape in murine tumors with low ITH. We used immunophenotyping and single-cell RNA sequencing to compare the temporal growth of in-vivo transplanted, genetically similar rejected vs. non-rejected single-cell clones. Non-rejected clones showed high infiltration of tumor-associated macrophages (TAMs), lower T-cell infiltration, and increased T-cell exhaustion compared to rejected clones. Comparative analysis of rejection-associated gene expression programs, combined with in-vivo CRISPR knockout screens of candidate regulators, identified Mif (macrophage migration inhibitory factor) as a major contributor to immune rejection. Mif knockout resulted in smaller tumors and reduced TAM infiltration. These results were validated in melanoma patient data. Overall, our homogeneous tumor system can uncover factors regulating growth variability and identifies Mif as critical in aggressive melanoma.

Exonic circular RNAs (circRNAs) are highly abundant and evolutionarily conserved RNAs generated mostly from exons of protein-coding genes. Assaying the functions of circRNAs is not straightforward as common approaches for circRNA depletion tend to also alter the levels of mRNAs generated from the hosting gene. Here we describe a methodology for specific knockdown of circRNAs in vivo with tissue and cell resolution. We also describe an experimental and computational platform for determining the potential off-target effects as well as for verifying the obtained phenotypes. Briefly, we utilize miRNA-derived shRNAs targeted to the circRNA-specific back-splice junction to specifically downregulate the circRNA. We utilized this methodology to downregulate five circRNAs that are highly expressed in the fly nervous system. There were no effects on levels of the linear RNA or any RNA with complementarity to the expressed shRNA. Interestingly, downregulation of circCtrip resulted in developmental lethality that was recapitulated with a second shRNA. Moreover, we found that downregulation of individual circRNAs caused specific changes in the fly head transcriptome, suggesting roles for these circRNAs in the fly nervous system. Together, our results provide a methodological approach that enables the comprehensive study of circRNAs at the organismal and cell levels.

Decreased intra-tumor heterogeneity (ITH) correlates with increased patient survival and immunotherapy response. However, even highly homogenous tumors may display variability in their aggressiveness, and how immunologic-factors impinge on their aggressiveness remains understudied. Here we studied the mechanisms responsible for the immune-escape of murine tumors with low ITH. We compared the temporal growth of homogeneous, genetically-similar single-cell clones that are rejected vs. those that are not-rejected after transplantation in-vivo using single-cell RNA sequencing and immunophenotyping. Non-rejected clones showed high infiltration of tumor-associated-macrophages (TAMs), lower T-cell infiltration, and increased T-cell exhaustion compared to rejected clones. Comparative analysis of rejection-associated gene expression programs, combined with in-vivo CRISPR knockout screens of candidate mediators, identified Mif (macrophage migration inhibitory factor) as a regulator of immune rejection. Mif knockout led to smaller tumors and reversed non-rejection-associated immune composition, particularly, leading to the reduction of immunosuppressive macrophage infiltration. Finally, we validated these results in melanoma patient data.