Abstract COVID-19, caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) has rapidly spread throughout the world with unprecedented global healthcare and socio-economic consequences. There is now an established secondary syndrome of COVID-19 characterised by thrombosis, vascular dysfunction and hypertension, seen in those most severely affected. Advancing age in adults is the single most significant risk factor for hospitalisation and death with COVID-19. In light of the cardiovascular/thrombotic sequalae associated with severe COVID-19 disease and the overwhelming risk that increased age carries, in this study, our aim was to obtain mechanistic insight by interrogating gene expression profiles in cardiovascular tissues and cells. Our focus was on the two putative receptors for SARS-CoV-2, ACE2 and BSG along with a selected range of genes thought to be involved in virus binding/processing. In this study we have made four important observations: (i)Cardiovascular tissues and/or endothelial cells express the required genes for SARS-CoV-2 infection, (ii) SASR-CoV-2 receptor pathways, ACE2 / TMPRSS2 and BSG / PPIB(A ) polarise to lung/epithelium and vessel/endothelium respectively, (iii) expression of SARS-CoV-2 host genes are, on the whole, relatively stable with age and (iv) notable exceptions were ACE2 which decreases with age in some tissues and BSG which increases with age in endothelial cells. Our data support the idea that that BSG is the dominate pathway utilised by SARS-CoV-2 in endothelial cells and are the first to demonstrate a positive correlation with age. We suggest BSG expression in the vasculature is a critical driver which explains the heightened risk of severe disease and death observed in those >40 years of age. Since BSG is utilised by other pathogens our findings have implications beyond the current pandemic. Finally, because BSG is functions in a range of cardiovascular diseases and fibrosis, our observations may have relevance to our understanding of the diseases associated with aging.

Abstract Non-coding mutations (NCMs) that perturb the function of cis -regulatory elements (CRE, enhancers) contribute to cancer. Due to the vast search space, mutation abundance and indirect activity of non-coding sequences, it is challenging to identify which somatic NCMs are contributing to tumour development and progression. Here, we focus our investigation on the somatic NCMs that are enriched at enhancers from 659 pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) tumours. We identify cis -regulatory NCMs within PDAC-specific enhancers derived from high and low-grade PDAC cell lines and patient derived organoids using two independent computational approaches. Five such CREs enriched for PDAC associated NCMs are also frequently mutated in other common solid tumours. Functional validation using STARR-seq reporter assays enables the prioritisation of 43 NCMs (7.3%) from a pool of 587 NCMs with 6,082 oligos, that significantly alter reporter enhancer activity compared to wild-type sequences. CRISPRi perturbation of an enhancer cluster harbouring NCMs over long non-coding RNA gene MIR100HG , which hosts a microRNA cluster (mir100-let7a-2-125b-1), leads to the downregulation of MIR100HG accompanied by a significant reduction in the TGF-β pathway (known to induce MIR100HG ) and other PDAC critical pathways, including KRAS, p53, MTOR and TNF α signalling. Collectively, we have reported here cis -regulatory NCMs in PDAC proximal to many cancer-relevant genes, and our integrated approach paves way to explore CRE-associated NCMs in other human cancer genomes.

Abstract Purpose The genetic aetiology of a major fraction of patients with intellectual disability (ID) remains unknown. De novo mutations (DNMs) in protein-coding genes explain up to 40% of cases, but the potential role of regulatory DNMs is still poorly understood. Methods We sequenced 70 whole genomes from 24 ID probands and their unaffected parents and analyzed 30 previously sequenced genomes from exome-negative ID probands. Results We found that DNVs were selectively enriched in fetal brain-specific enhancers that show purifying selection in human population. DNV containing enhancers were associated with genes that show preferential expression in the pre-frontal cortex, have been previously implicated in ID or related disorders, and exhibit intolerance to loss of function variants. DNVs from ID probands preferentially disrupted putative binding sites of neuronal transcription factors, as compared to DNVs from healthy individuals and most showed allele-specific enhancer activity. In addition, we identified recurrently mutated enhancer clusters that regulate genes involved in nervous system development ( CSMD1 , OLFM1 and POU3F3) . Moreover, CRISPR-based perturbation of a DNV-containing enhancer caused CSMD1 overexpression and abnormal expression of neurodevelopmental regulators. Conclusion Our results, therefore, provide new evidence to indicate that DNVs in constrained fetal brain-specific enhancers play a role in the etiology of ID.

Abstract The mechanistic target of rapamycin complex 2 (mTORC2) is essential for embryonic development but the underlying molecular mechanisms remain unclear. Here we show that disruption of mTORC2 in human embryonic stem cells (hESCs) considerably alters the balance of Rho/Rac signaling and reduces cell adhesion. Although these changes have no clear effect on hESC self-renewal and the expression of pluripotent markers, they significantly avert BMP-induced activation of canonical WNT genes, leading to impaired mesendoderm differentiation. Direct activation of downstream WNT pathway by inhibiting GSK3 dramatically improves mesendoderm differentiation in mTORC2-deficient hESCs. Our study uncovers a new mechanism by which mTORC2 regulates cell fate determination and, more importantly, link the intercellular contacts with the activation of the WNT genes.

Abstract The role of alternative promoter usage in tissue specific gene expression has been well established, however, its role in complex diseases is poorly understood. We performed cap analysis of gene expression (CAGE) tag sequencing from the left ventricle (LV) of a rat model of hypertension, the spontaneously hypertensive rat (SHR), and a normotensive strain, the Brown Norway (BN) to understand role of alternative promoter usage in complex disease. We identified 26,560 CAGE-defined transcription start sites (TSS) in the rat LV, including 1,970 novel cardiac TSS resulting in new transcripts. We identified 27 genes with alternative promoter usage between SHR and BN which could lead to protein isoforms differing at the amino terminus between two strains. Additionally, we identified 475 promoter switching events where a shift in TSS usage was within 100bp between SHR and BN, altering length of the 5’ UTR. Genomic variants located in the shifting promoter regions showed significant allelic imbalance in F1 crosses, confirming promoter shift. We found that the insulin receptor gene ( Insr ) showed a switch in promoter usage between SHR and BN in heart and liver. The Insr promoter shift was significantly associated with insulin levels and blood pressure within a panel of BXH/HXB recombinant inbred (RI) rat strains. This suggests that the hyperinsulinemia due to insulin resistance might lead to hypertension in SHR. Our study provides a preliminary evidence of alternative promoter usage in complex diseases.