Expression of the INK4b/ARF/INK4a tumor suppressor locus in normal and cancerous cell growth is controlled by methylation of histone H3 at lysine 27 (H3K27me) as directed by the Polycomb group proteins. The antisense noncoding RNA ANRIL of the INK4b/ARF/INK4a locus is also important for expression of the protein-coding genes in cis, but its mechanism has remained elusive. Here we report that chromobox 7 (CBX7) within the polycomb repressive complex 1 binds to ANRIL, and both CBX7 and ANRIL are found at elevated levels in prostate cancer tissues. In concert with H3K27me recognition, binding to RNA contributes to CBX7 function, and disruption of either interaction impacts the ability of CBX7 to repress the INK4b/ARF/INK4a locus and control senescence. Structure-guided analysis reveals the molecular interplay between noncoding RNA and H3K27me as mediated by the conserved chromodomain. Our study suggests a mechanism by which noncoding RNA participates directly in epigenetic transcriptional repression.

Reduced serotonin transporter (5-HTT) expression is associated with abnormal affective and anxiety-like symptoms in humans and rodents, but the mechanism of this effect is unknown. Transient inhibition of 5-HTT during early development with fluoxetine, a commonly used serotonin selective reuptake inhibitor, produced abnormal emotional behaviors in adult mice. This effect mimicked the behavioral phenotype of mice genetically deficient in 5-HTT expression. These findings indicate a critical role of serotonin in the maturation of brain systems that modulate emotional function in the adult and suggest a developmental mechanism to explain how low-expressing 5-HTT promoter alleles increase vulnerability to psychiatric disorders.

Summary

 Hallucinogens, including mescaline, psilocybin, and lysergic acid diethylamide (LSD), profoundly affect perception, cognition, and mood. All known drugs of this class are 5-HT_2A receptor (2AR) agonists, yet closely related 2AR agonists such as lisuride lack comparable psychoactive properties. Why only certain 2AR agonists are hallucinogens and which neural circuits mediate their effects are poorly understood. By genetically expressing 2AR only in cortex, we show that 2AR-regulated pathways on cortical neurons are sufficient to mediate the signaling pattern and behavioral response to hallucinogens. Hallucinogenic and nonhallucinogenic 2AR agonists both regulate signaling in the same 2AR-expressing cortical neurons. However, the signaling and behavioral responses to the hallucinogens are distinct. While lisuride and LSD both act at 2AR expressed by cortex neurons to regulate phospholipase C, LSD responses also involve pertussis toxin-sensitive heterotrimeric G_i/o proteins and Src. These studies identify the long-elusive neural and signaling mechanisms responsible for the unique effects of hallucinogens.

The psychosis associated with schizophrenia is characterized by alterations in sensory processing and perception. Some antipsychotic drugs were identified by their high affinity for serotonin 5-HT2A receptors (2AR). Drugs that interact with metabotropic glutamate receptors (mGluR) also have potential for the treatment of schizophrenia. The effects of hallucinogenic drugs, such as psilocybin and lysergic acid diethylamide, require the 2AR and resemble some of the core symptoms of schizophrenia. Here we show that the mGluR2 interacts through specific transmembrane helix domains with the 2AR, a member of an unrelated G-protein-coupled receptor family, to form functional complexes in brain cortex. The 2AR-mGluR2 complex triggers unique cellular responses when targeted by hallucinogenic drugs, and activation of mGluR2 abolishes hallucinogen-specific signalling and behavioural responses. In post-mortem human brain from untreated schizophrenic subjects, the 2AR is upregulated and the mGluR2 is downregulated, a pattern that could predispose to psychosis. These regulatory changes indicate that the 2AR-mGluR2 complex may be involved in the altered cortical processes of schizophrenia, and this complex is therefore a promising new target for the treatment of psychosis.

AbstractAcetylation of the RelA subunit of NF-κB, especially at lysine-310, is critical for the transcriptional activation of NF-κB and the expression of inflammatory genes. In this study, we demonstrate that bromodomains of Brd4 bind to acetylated lysine-310. Brd4 enhances transcriptional activation of NF-κB and the expression of a subset of NF-κB-responsive inflammatory genes in an acetylated lysine-310-dependent manner. Bromodomains of Brd4 and acetylated lysine-310 of RelA are both required for the mutual interaction and coactivation function of Brd4. Finally, we demonstrate that Brd4 further recruits CDK9 to phosphorylate C-terminal domain of RNA polymerase II and facilitate the transcription of NF-κB-dependent inflammatory genes. Our results identify Brd4 as a novel coactivator of NF-κB through specifically binding to acetylated lysine-310 of RelA. In addition, these studies reveal a mechanism by which acetylated RelA stimulates the transcriptional activity of NF-κB and the NF-κB-dependent inflammatory response. ACKNOWLEDGMENTSWe thank W. C. Greene for providing the anti-acetylated lysine-310 antibodies, R. Goodman and R. Tapping for the gift of reagents, and members in the Chen lab for discussion.This study was supported in part by ICR provided by the University of Illinois at Urbana-Champaign and Biomedical Research Grant from American Lung Association. L.-F.C. is the recipient of an Arthritis Foundation Investigator Award.

Twist is a key transcription activator of epithelial-mesenchymal transition (EMT). It remains unclear how Twist induces gene expression. Here we report a mechanism by which Twist recruits BRD4 to direct WNT5A expression in basal-like breast cancer (BLBC). Twist contains a “histone H4-mimic” GK-X-GK motif that is diacetylated by Tip60. The diacetylated Twist binds the second bromodomain of BRD4, whose first bromodomain interacts with acetylated H4, thereby constructing an activated Twist/BRD4/P-TEFb/RNA-Pol II complex at the WNT5A promoter and enhancer. Pharmacologic inhibition of the Twist-BRD4 association reduced WNT5A expression and suppressed invasion, cancer stem cell (CSC)-like properties, and tumorigenicity of BLBC cells. Our study indicates that the interaction with BRD4 is critical for the oncogenic function of Twist in BLBC.

Serotonin [5-hydroxytryptamine (5-HT)] neurotransmission in the central nervous system modulates depression and anxiety-related behaviors in humans and rodents, but the responsible downstream receptors remain poorly understood. We demonstrate that global disruption of 5-HT2A receptor (5HT2AR) signaling in mice reduces inhibition in conflict anxiety paradigms without affecting fear-conditioned and depression-related behaviors. Selective restoration of 5HT2AR signaling to the cortex normalized conflict anxiety behaviors. These findings indicate a specific role for cortical 5HT2AR function in the modulation of conflict anxiety, consistent with models of cortical, “top-down” influences on risk assessment.

Background As a key regulator of serotonergic activity and target of many antidepressant treatments, the serotonin transporter (SERT) represents a potential mediator of anxiety- and depression-related behaviors. Using mice lacking the SERT (SERT KO), we examined the role of SERT function in anxiety- and depression-related behaviors and serotonergic neuron function. Methods Serotonin transporter knockout mice were evaluated in paradigms designed to assess anxiety-, depression-, and stress-related behaviors. Dorsal raphe nucleus (DRN) function was assessed by quantitative serotonergic cell counting and extracellular electrical recording of neuronal firing properties. Results Serotonin transporter knockout mice showed an increase in latency to feed in a novel situation, more immobility in a forced swim, increased escape latency in a shock escape paradigm, and decreased immobility in tail suspension. No differences in anxiety-related behaviors were seen in the open field and the elevated plus maze. Serotonin transporter knockout mice exhibit a 50% reduction in serotonergic cell number and a fourfold decrease in firing rate in the DRN. Conclusions Developmental loss of SERT produces altered behaviors in models of depression that are generally opposite to those produced by antidepressant treatment. The reduced serotonergic cell number and firing rate in the DRN of adult SERT KO mice suggest a mechanism for these altered behaviors.