In the genetic code, UGA serves as a stop signal and a selenocysteine codon, but no computational methods for identifying its coding function are available. Consequently, most selenoprotein genes are misannotated. We identified selenoprotein genes in sequenced mammalian genomes by methods that rely on identification of selenocysteine insertion RNA structures, the coding potential of UGA codons, and the presence of cysteine-containing homologs. The human selenoproteome consists of 25 selenoproteins.

Tetraodon nigroviridis is a freshwater puffer fish with the smallest known vertebrate genome. Here, we report a draft genome sequence with long-range linkage and substantial anchoring to the 21 Tetraodon chromosomes. Genome analysis provides a greatly improved fish gene catalogue, including identifying key genes previously thought to be absent in fish. Comparison with other vertebrates and a urochordate indicates that fish proteins have diverged markedly faster than their mammalian homologues. Comparison with the human genome suggests ∼900 previously unannotated human genes. Analysis of the Tetraodon and human genomes shows that whole-genome duplication occurred in the teleost fish lineage, subsequent to its divergence from mammals. The analysis also makes it possible to infer the basic structure of the ancestral bony vertebrate genome, which was composed of 12 chromosomes, and to reconstruct much of the evolutionary history of ancient and recent chromosome rearrangements leading to the modern human karyotype.

A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

Recent analyses of de novo DNA mutations in modern humans have suggested a nuclear substitution rate that is approximately half that of previous estimates based on fossil calibration. This result has led to suggestions that major events in human evolution occurred far earlier than previously thought.Here, we use mitochondrial genome sequences from ten securely dated ancient modern humans spanning 40,000 years as calibration points for the mitochondrial clock, thus yielding a direct estimate of the mitochondrial substitution rate. Our clock yields mitochondrial divergence times that are in agreement with earlier estimates based on calibration points derived from either fossils or archaeological material. In particular, our results imply a separation of non-Africans from the most closely related sub-Saharan African mitochondrial DNAs (haplogroup L3) that occurred less than 62-95 kya.Though single loci like mitochondrial DNA (mtDNA) can only provide biased estimates of population divergence times, they can provide valid upper bounds. Our results exclude most of the older dates for African and non-African population divergences recently suggested by de novo mutation rate estimates in the nuclear genome.

It is known that there was gene flow from Neanderthals to modern humans around 50,000 years ago; now, analysis of a Neanderthal genome from the Altai Mountains in Siberia reveals evidence of gene flow 100,000 years ago in the other direction—from early modern humans to Neanderthals. Sergi Castellano and colleagues analyse genomic data from Neanderthal and Denisovan modern humans from the Altai Mountains in Siberia and from Neanderthals from Spain and Croatia. Using a Bayesian method for inference of demographic models known as G-PhoCS (Generalized Phylogenetic Coalescent Sampler), the authors obtain preliminary quantitative estimates of previously reported gene flow events between modern and archaic humans. They also report evidence of gene flow from an early modern human population to the ancestors of Neanderthals from the Altai Mountains more than 100,000 years ago, in the opposite direction to the instances of gene flow from Neanderthals to modern humans. It has been shown that Neanderthals contributed genetically to modern humans outside Africa 47,000–65,000 years ago. Here we analyse the genomes of a Neanderthal and a Denisovan from the Altai Mountains in Siberia together with the sequences of chromosome 21 of two Neanderthals from Spain and Croatia. We find that a population that diverged early from other modern humans in Africa contributed genetically to the ancestors of Neanderthals from the Altai Mountains roughly 100,000 years ago. By contrast, we do not detect such a genetic contribution in the Denisovan or the two European Neanderthals. We conclude that in addition to later interbreeding events, the ancestors of Neanderthals from the Altai Mountains and early modern humans met and interbred, possibly in the Near East, many thousands of years earlier than previously thought.

We sequenced genomes from a ~7,000 year old early farmer from Stuttgart in Germany, an ~8,000 year old hunter-gatherer from Luxembourg, and seven ~8,000 year old hunter-gatherers from southern Sweden. We analyzed these data together with other ancient genomes and 2,345 contemporary humans to show that the great majority of present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: West European Hunter-Gatherers (WHG), who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; Ancient North Eurasians (ANE), who were most closely related to Upper Paleolithic Siberians and contributed to both Europeans and Near Easterners; and Early European Farmers (EEF), who were mainly of Near Eastern origin but also harbored WHG-related ancestry. We model these populations' deep relationships and show that EEF had ~44% ancestry from a "Basal Eurasian" lineage that split prior to the diversification of all other non-African lineages.

Abstract The use of induced pluripotent stem cells (iPSC) as models for development and human disease has enabled the study of otherwise inaccessible tissues. A remaining challenge in developing reliable models is our limited understanding of the factors driving irregular in vitro differentiation of iPSCs, particularly the impact of acquired somatic mutations. We leveraged data from a pooled dopaminergic neuron differentiation experiment of 238 iPSC lines profiled with single-cell and whole-exome sequencing to study how somatic mutations affect differentiation outcomes. Differentiation was tracked at three time points corresponding to neural progenitors, early neurons and mature neurons. We found that deleterious somatic mutations in key developmental genes, notably the BCOR gene, are strongly associated with failure in dopaminergic neuron differentiation, with lines carrying such mutations also showing larger proliferation rate in culture. We further identified broad differences in cell type composition between failed and successfully differentiating lines, as well as significant changes in gene expression contributing to the inhibition of neurogenesis, a functional process also targeted by deleterious mutations in failed lines. Our work highlights the need to routinely measure the burden of deleterious mutations in iPSC lines and calls for caution in interpreting differentiation-related phenotypes in disease-modelling experiments.

ABSTRACT Background Alström syndrome (ALMS) is a rare autosomal recessive disease that is associated with mutations in ALMS1 gene. The main clinical manifestations of ALMS are retinal dystrophy, obesity, type 2 diabetes mellitus, dilated cardiomyopathy and multi-organ fibrosis, characteristic in kidneys and liver. Depletion of the protein encoded by ALMS1 has been associated with the alteration of different processes regulated via the primary cilium, such as the NOTCH or TGF-β signalling pathways. However, the cellular impact of these deregulated pathways in the absence of ALMS1 remains unknown. Methods In this study, we integrated RNA-seq and proteomic analysis to determine the gene expression profile of hTERT-BJ-5ta ALMS1 knockout fibroblasts after TGF-β stimulation. In addition, we studied alterations in cross-signalling between the TGF-β pathway and the AKT pathway in this cell line. Results We found that ALMS1 depletion affects the TGF-β pathway and its cross-signalling with other pathways such as PI3K/AKT, EGFR1 or p53. In addition, alterations associated with ALMS1 depletion clustered around the processes of extracellular matrix regulation and lipid metabolism in both the transcriptome and proteome. By studying the enriched pathways of common genes differentially expressed in the transcriptome and proteome, collagen fibril organisation, β-oxidation of fatty acids and eicosanoid metabolism emerged as key processes altered by the absence of ALMS1. Finally, an overactivation of the AKT pathway was determined in the absence of ALMS1 that could be explained by a decrease in PTEN gene expression. Conclusion ALMS1 deficiency disrupts cross-signalling between the TGF-β pathway and other dependent pathways in hTERT-BJ-5ta cells. Furthermore, altered cross-signalling impacts the regulation of extracellular matrix-related processes and fatty acid metabolism, and leads to over-activation of the AKT pathway.

Abstract Somatic stem cells can be cultured in-vitro and are attractive for cell and gene therapies, but their slow growth in in-vitro culture affects survival and stemness and hinders clinical applications. Rho-associated kinase inhibitor (ROCKi) has been used to overcome these obstacles. However, it risks changing the characteristics of stem cells. We found that primary keratinocyte stem cells (KSCs) cultured with the ROCKi Y-27632 for six days exhibited rapid proliferation while maintaining the ability to differentiate. Importantly, after discontinuation of ROCKi treatment, KSC numbers and characteristics were indistinguishable from those in non-treated cultures. We further confirmed that ROCKi treatment resulted in the activation of AKT and ERK pathways, which could support cell survival and proliferation in keratinocytes. We thus concluded that accelerating keratinocyte expansion with short-term ROCKi treatment does not exhaust KSCs’ self-renewal and differentiation capacities, presenting a safe avenue for clinical applications.

Abstract We recently described a low-affinity second-generation CD19 chimeric antigen receptor (CAR) CAT that showed enhanced expansion, cytotoxicity, and anti-tumour efficacy compared to the high-affinity (FMC63 based) CAR used in Tisagenlecleucel, in pre-clinical models. Furthermore, CAT demonstrated an excellent toxicity profile, enhanced in vivo expansion, and long-term persistence in a Phase I clinical study. To understand the molecular mechanisms behind these properties of CAT CAR T-cells, we performed a systematic in vitro characterization of the transcriptomic (RNA-seq) and protein (CyTOF) changes occurring in T-cells expressing low-affinity vs high-affinity CD19 CARs following stimulation with CD19-expressing cells. Our results show that CAT CAR T-cells exhibit enhanced activation to CD19 stimulation and a distinct transcriptomic and protein profile, with increased activation and cytokine polyfunctionality compared to FMC63 CAR T-cells. We demonstrate that the enhanced functionality of low-affinity CAT CAR T-cells is a consequence of an antigen-dependent priming induced by residual CD19-expressing B-cells present in the manufacture.