Single-molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) is increasingly being used to determine distances, structures, and dynamics of biomolecules in vitro and in vivo. However, generalized protocols and FRET standards to ensure the reproducibility and accuracy of measurements of FRET efficiencies are currently lacking. Here we report the results of a comparative blind study in which 20 labs determined the FRET efficiencies (E) of several dye-labeled DNA duplexes. Using a unified, straightforward method, we obtained FRET efficiencies with s.d. between ±0.02 and ±0.05. We suggest experimental and computational procedures for converting FRET efficiencies into accurate distances, and discuss potential uncertainties in the experiment and the modeling. Our quantitative assessment of the reproducibility of intensity-based smFRET measurements and a unified correction procedure represents an important step toward the validation of distance networks, with the ultimate aim of achieving reliable structural models of biomolecular systems by smFRET-based hybrid methods.

ABSTRACT Nuclear speckles are self-assembled organelles composed of RNAs and proteins. They are proposed to act as structural domains that control distinct steps in gene expression, including transcription, splicing and mRNA export. Earlier studies identified differential localization of a few components within the speckles. It was speculated that the spatial organization of speckle components might contribute directly to the order of operations that coordinate distinct processes. Here, by performing multi-color structured illumination microscopy, we characterized the multilayer organization of speckles at a higher resolution. We found that SON and SC35 (also known as SRSF2) localize to the central region of the speckle, whereas MALAT1 and small nuclear (sn)RNAs are enriched at the speckle periphery. Coarse-grained simulations indicate that the non-random organization arises due to the interplay between favorable sequence-encoded intermolecular interactions of speckle-resident proteins and RNAs. Finally, we observe positive correlation between the total amount of RNA present within a speckle and the speckle size. These results imply that speckle size may be regulated to accommodate RNA accumulation and processing. Accumulation of RNA from various actively transcribed speckle-associated genes could contribute to the observed speckle size variations within a single cell.

Ribosome footprint profiling is a high throughput sequencing based technique that provides detailed and global views of translation in living cells. An essential part of this technology is removal of unwanted, normally very abundant, ribosomal RNA sequences that dominate libraries and increase sequencing costs. The most effective commercial solution (Ribo-Zero) has been discontinued and a number of new, experimentally distinct commercial applications have emerged on the market. Here we evaluated several commercially available alternatives designed for RNA-seq of human samples and find them unsuitable for ribosome footprint profiling. We instead recommend the use of custom-designed biotinylated oligos, which were widely used in early ribosome profiling studies. Importantly, we warn that depletion solutions based on targeted nuclease cleavage significantly perturb the high-resolution information that can be derived from the data, and thus do not recommend their use for any applications that require precise determination of the ends of RNA fragments.

Riboswitches function through cotranscriptional conformation switching governed by cognate ligand concentration, RNA folding and transcription elongation kinetics. To investigate how these parameters influence riboswitch folding, we developed a novel vectorial folding assay (VF) in which the superhelicase Rep-X sequentially liberates the RNA strand from a heteroduplex in a 5'-to-3' direction, mimicking the nascent chain emergence during transcription. The RNA polymerase (RNAP)-free VF recapitulates the kinetically controlled cotranscriptional folding of a ZTP riboswitch, whose activation is favored by slower transcription, strategic pausing, or a weakened transcriptional terminator. New methods to observe positions and local rates of individual helicases show an average Rep-X unwinding rate similar to bacterial RNAP elongation (~60 nt/s). Real-time single-molecule monitoring captured folding riboswitches in multiple states, including an intermediate responsible for delayed terminator formation. These methods allow observation of individual folding RNAs as they occupy distinct folding channels within the landscape that controls gene expression and showed that riboswitch fate control is encoded in its sequence and is readily interpreted by a directionally moving protein even in the absence of an RNA polymerase.