Abstract Centromeres play an essential function in cell division by specifying the site of kinetochore formation on each chromosome for mitotic spindle attachment. Centromeres are defined epigenetically by the histone H3 variant CEntromere Protein A (CENP-A). CENP-A nucleosomes maintain the centromere by designating the site for new CENP-A assembly after dilution by replication. Vertebrate centromeres assemble on tandem arrays of repetitive sequences but the function of repeat DNA in centromere formation has been challenging to dissect due to the difficulty in manipulating centromeres in cells. Xenopus laevis egg extracts assemble centromeres in vitro , providing a system for studying centromeric DNA functions. However, centromeric sequences in X. laevis have not been extensively characterized. In this study we combine CENP-A ChIP-seq with a k-mer based analysis approach to identify the X. laevis centromere repeat sequences. By in situ hybridization we show that X. laevis centromeres contain diverse repeat sequences and we map the centromere position on each X. laevis chromosome using the distribution of centromere enriched k-mers. Our identification of X. laevis centromere sequences enables previously unapproachable centromere genomic studies. Our approach should be broadly applicable for the analysis of centromere and other repetitive sequences in any organism.

Abstract Non-coding RNAs (ncRNAs) are transcribed throughout the genome and provide regulatory inputs to gene expression through their interaction with chromatin. Yet, the genomic targets and functions of most ncRNAs are unknown. Here we use chromatin-associated RNA sequencing (ChAR-seq) to map the global network of ncRNA interactions with chromatin in human embryonic stem cells, and the dynamic changes in interactions during differentiation into definitive endoderm. We uncover general principles governing the organization of the RNA- chromatin interactome, demonstrating that nearly all ncRNAs exclusively interact with genes in close three-dimensional proximity to their locus, and provide a model predicting the interactome. We uncover RNAs that interact with many loci across the genome, and unveil thousands of unannotated RNAs that dynamically interact with chromatin. By relating the dynamics of the interactome to changes in gene expression, we demonstrate that activation or repression of individual genes is unlikely to be controlled by a single ncRNA.

Abstract Despite their essentiality for chromosome segregation, centromeres are diverse among eukaryotes and embody two main configurations: mono- and holocentromeres, referring respectively to a localized or unrestricted distribution of centromeric activity. Previous studies revealed that holocentricity in many insects coincides with the loss of the otherwise essential centromere component CenH3 (CENP-A), suggesting a molecular link between the two events. In this study, we leveraged recently-identified centromere components to map and characterize the centromeres of Bombyx mori. This uncovered a robust correlation between centromere profiles and regions of low chromatin dynamics. Transcriptional perturbation experiments showed that low chromatin activity is crucial for centromere formation in B. mori . Our study points to a novel mechanism of centromere formation that occurs in a manner recessive to the chromosome-wide chromatin landscape. Based on similar profiles in additional Lepidoptera, we propose an evolutionarily conserved mechanism that underlies the establishment of holocentromeres through loss of centromere specificity.