Abstract Aberrant DNA methylation in the region surrounding the transcription start site is a hallmark of gene silencing in cancer. Currently approved demethylating agents lack specificity and exhibit high toxicity. Herein we show, using the p16 gene as an example, that targeted demethylation of the promoter-exon 1-intron 1 (PrExI) region initiates an epigenetic wave of local chromatin remodeling and distal long-range interactions, culminating in gene-locus specific activation. Through development of CRISPR-DiR (DNMT1-interacting RNA), in which ad hoc edited guides block methyltransferase activity in a locus-specific fashion, we demonstrate that demethylation is coupled to epigenetic and topological changes. These results suggest the existence of a specialized “demethylation firing center (DFC)” which can be switched on by an adaptable and selective RNA-mediated approach for locus-specific transcriptional activation. One Sentence Summary Locus demethylation via CRISPR-DiR reshapes chromatin structure and specifically reactivates its cognate gene.

Summary The zinc finger transcription factor SALL4 is highly expressed in embryonic stem cells, down-regulated in most adult tissues, but reactivated in many aggressive cancers. This unique expression pattern makes SALL4 an attractive target for designing therapeutic strategies. However, whether SALL4 binds DNA directly to regulate gene expression is unclear and many of its targets in cancer cells remain elusive. Here, through an unbiased screen of protein binding microarray (PBM) and Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease (CUT&RUN) experiments, we identified and validated the DNA binding domain of SALL4 and its consensus binding sequence. Combined with RNA-seq analyses after SALL4 knockdown, we discovered hundreds of new SALL4 target genes that it directly regulates in aggressive liver cancer cells, including genes encoding a family of Histone 3 Lysine 9-specific Demethylases (KDMs). Taken together, these results elucidated the mechanism of SALL4 DNA binding and revealed novel pathways and molecules to target in SALL4-dependent tumors.

ABSTRACT The mechanism underlying cell type-specific gene induction conferred by ubiquitous transcription factors as well as disruptions caused by their chimeric derivatives in leukemia is not well understood. Here we investigate whether RNAs coordinate with transcription factors to drive myeloid gene transcription. In an integrated genome-wide approach surveying for gene loci exhibiting concurrent RNA- and DNA-interactions with the broadly expressed transcription factor RUNX1, we identified the long noncoding RNA LOUP . This myeloid-specific and polyadenylated lncRNA induces myeloid differentiation and inhibits cell growth, acting as a transcriptional inducer of the myeloid master regulator PU . 1 . Mechanistically, LOUP recruits RUNX1 to both the PU . 1 enhancer and the promoter, leading to the formation of an active chromatin loop. In t(8;21) acute myeloid leukemia, wherein RUNX1 is fused to ETO, the resulting oncogenic fusion protein RUNX1-ETO limits chromatin accessibility at the LOUP locus, causing inhibition of LOUP and PU . 1 expression. These findings highlight the important role of the interplay between cell type-specific RNAs and transcription factors as well as their oncogenic derivatives in modulating lineage-gene activation and raise the possibility that RNA regulators of transcription factors represent alternative targets for therapeutic development. KEY POINTS lncRNA LOUP coordinates with RUNX1 to induces PU . 1 long-range transcription, conferring myeloid differentiation and inhibiting cell growth. RUNX1-ETO limits chromatin accessibility at the LOUP locus, causing inhibition of LOUP and PU . 1 expression in t(8;21) AML.

Summary Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is an epigenetic regulator required for gene silencing during embryonic development. Previous studies have reported that PRC2 interacts with RNA in a promiscuous manner, but the biological functions of such interaction are unknown. Here we present a seesaw mechanism for the regu l ation of ε-globin through inacti v ating E ZH2 by an upstream non-coding R NA (LEVER). We show that LEVER, a non-coding RNA identified by RNA immunoprecipitation sequencing (RIP-seq) of the PRC2 core subunit EZH2 and Nanopore sequencing, binds PRC2 and thereby prevents the accumulation of H3K27 methylation along the genomic region where LEVER RNA is transcribed. The open chromatin within the LEVER locus in turn competes for the chromatin interaction between the ε-globin promoter and the Locus Control Region (LCR), working as a negative regulatory element of ε-globin expression. Hence, LEVER RNA negatively regulates ε-globin by sequestering PRC2 from repressing the LEVER locus, which is a competitor of the ε-globin-LCR interaction.

A series of barium-boroaluminosilicate [30SiO2-11Al2O3-44B2O3-5BaO-(10-x)K2O-xDy2O3 (with x = 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5 mol%)] glasses doped with Dy3+ ions were prepared by the high temperature (melt quenching) method. In the glass matrix, the relationship among structure, luminescence properties, and B/Al ratio was analyzed; also studied are the physical properties of glass and influence of Dy3+ concentration on the luminescence properties. Differential Scanning Calorimeter (DSC) results have shown the glass matrix exhibiting good thermal stability and high resistance to crystallization. FTIR and Raman spectra have confirmed the presence of stretching and bending vibrations of [BO3], [AlO4] and [SiO4] structural units in the prepared glass. The observed UV-Vis-NIR spectra have indicated that the existence of thirteen bands corresponding to the transition Dy3+ ions from 6H15/2 level to different excited levels; the transmittance curves obtained have shown the transmittance up to 91 %. Increase in Dy3+ concentration is found to decrease the optical band gap; the calculated Judd-Oflet parameter is found to follow the trend Ω2>Ω4>Ω6. Photoluminescence studies have shown three emission peaks which could be associated to the transitions: 4F9/2 → 6H15/2 (blue light), 4F9/2 → 6H13/2 (yellow light), and 4F9/2 → 6H11/2 (red light); the maximum intensity obtained for the glass with x = 0.75 mol%, with spacing between Dy3+ ions being 1.9137 Å; and the decay curve could be fitted with double exponential function. The CIE results have revealed that the chromaticity coordinates are closer to that of standard white light, and the color temperature located in the region of cold white light.