Tet-mediated DNA oxidation is a recently identified mammalian epigenetic modification, and its functional role in cell-fate transitions remains poorly understood. Here, we derive mouse embryonic fibroblasts (MEFs) deleted in all three Tet genes and examine their capacity for reprogramming into induced pluripotent stem cells (iPSCs). We show that Tet-deficient MEFs cannot be reprogrammed because of a block in the mesenchymal-to-epithelial transition (MET) step. Reprogramming of MEFs deficient in TDG is similarly impaired. The block in reprogramming is caused at least in part by defective activation of key miRNAs, which depends on oxidative demethylation promoted by Tet and TDG. Reintroduction of either the affected miRNAs or catalytically active Tet and TDG restores reprogramming in the knockout MEFs. Thus, oxidative demethylation to promote gene activation appears to be functionally required for reprogramming of fibroblasts to pluripotency. These findings provide mechanistic insight into the role of epigenetic barriers in cell-lineage conversion.

Abstract Immunoglobulin heavy chain locus ( Igh ) V H , D, and J H gene segments are developmentally assembled into V(D)J exons. RAG endonuclease initiates V(D)J recombination by binding a J H -recombination signal sequence (RSS) within a chromatin-based recombination center (RC) and then, in an orientation-dependent process, scans upstream D-containing chromatin presented by cohesin-mediated loop extrusion for convergent D-RSSs to initiate DJ H -RC formation 1,2 . In primary pro-B cells, 100s of upstream V H -associated RSSs, embedded in convergent orientation to the DJ H -RC-RSS, gain proximity to the DJ H -RC for V H -to-DJ H joining via a mechanistically-undefined V H -locus contraction process 3-7 . Here, we report that a 2.4 mega-base V H locus inversion in primary pro-B cells nearly abrogates rearrangements of normally convergent V H -RSSs and cryptic RSSs, even though locus contraction per se is maintained. Moreover, this inversion activated rearrangement of both cryptic V H -locus RSSs normally in the opposite orientation and, unexpectedly, of normally-oriented cryptic RSSs within multiple, sequential upstream convergent-CBE domains. Primary pro-B cells had significantly reduced transcription of Wapl 8 , a cohesin-unloading factor, versus levels in v-Abl pro-B lines that lack marked locus contraction or distal V H rearrangements 2,9-11 . Correspondingly, Wapl depletion in v-Abl lines activated V H -locus contraction and orientation-specific RAG-scanning across the V H -locus. Our findings indicate that locus contraction and physiological V H -to-DJ H joining both are regulated via circumvention of CBE scanning impediments.

Abstract SARS-CoV-2 Omicron variants have generated a world-wide health crisis due to resistance to most approved SARS-CoV-2 neutralizing antibodies and evasion of antibodies induced by vaccination. Here, we describe the SARS-CoV-2 neutralizing SP1-77 antibody that was generated from a humanized mouse model with a single human V H 1-2 and Vκ1-33-associated with immensely diverse complementarity-determining-region-3 (CDR3) sequences. SP1-77 potently and broadly neutralizes SARS-CoV-2 variants of concern and binds the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding-domain (RBD) via a novel-CDR3-based mode. SP1-77 does not block RBD-binding to the ACE2-receptor or endocytosis step of viral entry, but rather blocks membrane fusion. Our findings provide the first mechanistic insight into how a non-ACE2 blocking antibody potently neutralizes SARS-CoV-2, which may inform strategies for designing vaccines that robustly neutralize current and future SARS-CoV-2 variants.

ABSTRACT Immunoglobulin heavy chain variable region exons are assembled in progenitor-B cells, from V H , D, and J H gene segments located in separate clusters across the Igh locus. RAG endonuclease initiates V(D)J recombination from a J H -based recombination center (RC). Cohesin-mediated extrusion of upstream chromatin past RC-bound RAG presents Ds for joining to J H s to form a DJ H -RC. Igh has a provocative number and organization of CTCF-binding-elements (CBEs) that can impede loop extrusion. Thus, Igh has two divergently oriented CBEs (CBE1 and CBE2) in the IGCR1 element between the V H and D/J H domains, over 100 CBEs across the V H domain convergent to CBE1, and 10 clustered 3’ Igh -CBEs convergent to CBE2 and V H CBEs. IGCR1 CBEs segregate D/J H and V H domains by impeding loop extrusion-mediated RAG-scanning. Down-regulation of WAPL, a cohesin unloader, in progenitor-B cells neutralizes CBEs, allowing DJ H -RC-bound RAG to scan the VH domain and perform VH-to-DJH rearrangements. To elucidate potential roles of IGCR1-based CBEs and 3’ Igh -CBEs in regulating RAG-scanning and elucidate the mechanism of the “ordered” transition from D-to-J H to V H -to-DJ H recombination, we tested effects of deleting or inverting IGCR1 or 3’ Igh -CBEs in mice and/or progenitor-B cell lines. These studies revealed that normal IGCR1 CBE orientation augments RAG-scanning impediment activity and suggest that 3’ Igh -CBEs reinforce ability of the RC to function as a dynamic loop extrusion impediment to promote optimal RAG scanning activity. Finally, our findings indicate that ordered V(D)J recombination can be explained by a gradual WAPL down-regulation mechanism in progenitor B cells as opposed to a strict developmental switch. SIGNIFICANCE STATEMENT To counteract diverse pathogens, vertebrates evolved adaptive immunity to generate diverse antibody repertoires through a B lymphocyte-specific somatic gene rearrangement process termed V(D)J recombination. Tight regulation of the V(D)J recombination process is vital to generating antibody diversity and preventing off-target activities that can predispose the oncogenic translocations. Recent studies have demonstrated V(D)J rearrangement is driven by cohesin-mediated chromatin loop extrusion, a process that establishes genomic loop domains by extruding chromatin, predominantly, between convergently-oriented CTCF looping factor-binding elements (CBEs). By deleting and inverting CBEs within a critical antibody heavy chain gene locus developmental control region and a loop extrusion chromatin-anchor at the downstream end of this locus, we reveal how these elements developmentally contribute to generation of diverse antibody repertoires.