We report here the genome sequence of an ancient human. Obtained from ∼4,000-year-old permafrost-preserved hair, the genome represents a male individual from the first known culture to settle in Greenland. Sequenced to an average depth of 20×, we recover 79% of the diploid genome, an amount close to the practical limit of current sequencing technologies. We identify 353,151 high-confidence single-nucleotide polymorphisms (SNPs), of which 6.8% have not been reported previously. We estimate raw read contamination to be no higher than 0.8%. We use functional SNP assessment to assign possible phenotypic characteristics of the individual that belonged to a culture whose location has yielded only trace human remains. We compare the high-confidence SNPs to those of contemporary populations to find the populations most closely related to the individual. This provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of that giving rise to the modern Native Americans and Inuit. For the first time, the sequence of a near-complete nuclear genome has been obtained from the tissue of an ancient human. It comes from permafrost-preserved hair, about 4,000 years old, of a male palaeo-Eskimo of the Saqqaq culture, the earliest known settlers in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment was used to assign possible phenotypic characteristics. The analysis provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of the migration that gave rise to the modern Native Americans and Inuit. Elsewhere in the issue we profile the paper's last author Eske Willerslev, who headed the project and found the lock of hair in a Copenhagen museum basement — after a fruitless search among the archaeological sites of Peary Land. The first genome sequence of an ancient human is reported. It comes from an approximately 4,000-year-old permafrost-preserved hair from a male from the first known culture to settle in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment is used to assign possible phenotypic characteristics and high-confidence SNPs are compared to those of contemporary populations to find those most closely related to the individual.

A computer program for fast and accurate numerical simulation of solid-state NMR experiments is described. The program is designed to emulate a NMR spectrometer by letting the user specify high-level NMR concepts such as spin systems, nuclear spin interactions, RF irradiation, free precession, phase cycling, coherence-order filtering, and implicit/explicit acquisition. These elements are implemented using the Tel scripting language to ensure a minimum of programming overhead and direct interpretation without the need for compilation, while maintaining the flexibility of a full-featured programming language. Basicly, there are no intrinsic limitations to the number of spins, types of interactions, sample conditions (static or spinning, powders, uniaxially oriented molecules, single crystals, or solutions), and the complexity or number of spectral dimensions for the pulse sequence. The applicability ranges from simple ID experiments to advanced multiple-pulse and multiple-dimensional experiments, series of simulations, parameter scans, complex data manipulation/visualization, and iterative fitting of simulated to experimental spectra. A major effort has been devoted to optimizing the computation speed using state-of-the-art algorithms for the time-consuming parts of the calculations implemented in the core of the program using the C programming language. Modification and maintenance of the program are facilitated by releasing the program as open source software (General Public License) currently at http://nmr.imsb.au.dk. The general features of the program are demonstrated by numerical simulations of various aspects for REDOR, rotational resonance, DRAMA, DRAWS, HORROR, C7, TEDOR, POST-C7, CW decoupling, TPPM, F-SLG, SLF, SEMA-CP, PISEMA, RFDR, QCPMG-MAS, and MQ-MAS experiments.

MicroRNA-122 (miR-122) is an abundant liver-specific miRNA, implicated in fatty acid and cholesterol metabolism as well as hepatitis C viral replication. Here, we report that a systemically administered 16-nt, unconjugated LNA (locked nucleic acid)-antimiR oligonucleotide complementary to the 5′ end of miR-122 leads to specific, dose-dependent silencing of miR-122 and shows no hepatotoxicity in mice. Antagonism of miR-122 is due to formation of stable heteroduplexes between the LNA-antimiR and miR-122 as detected by northern analysis. Fluorescence in situ hybridization demonstrated uptake of the LNA-antimiR in mouse liver cells, which was accompanied by markedly reduced hybridization signals for mature miR-122 in treated mice. Functional antagonism of miR-122 was inferred from a low cholesterol phenotype and de-repression within 24 h of 199 liver mRNAs showing significant enrichment for miR-122 seed matches in their 3′ UTRs. Expression profiling extended to 3 weeks after the last LNA-antimiR dose revealed that most of the changes in liver gene expression were normalized to saline control levels coinciding with normalized miR-122 and plasma cholesterol levels. Combined, these data suggest that miRNA antagonists comprised of LNA are valuable tools for identifying miRNA targets in vivo and for studying the biological role of miRNAs and miRNA-associated gene-regulatory networks in a physiological context.

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are a new class of short noncoding regulatory RNAs (18–25 nucleotides) that are involved in diverse developmental and pathologic processes. Altered miRNA expression has been associated with several types of human cancer. However, most studies did not establish whether miRNA expression changes occurred within cells undergoing malignant transformation. To obtain insight into miRNA deregulation in breast cancer, we implemented an in situ hybridization (ISH) method to reveal the spatial distribution of miRNA expression in archived formalin-fixed, paraffin-embedded specimens representing normal and tumor tissue from >100 patient cases. Here, we report that expression of miR-145 and miR-205 was restricted to the myoepithelial/basal cell compartment of normal mammary ducts and lobules, whereas their accumulation was reduced or completely eliminated in matching tumor specimens. Conversely, expression of other miRNAs was detected at varying levels predominantly within luminal epithelial cells in normal tissue; expression of miR-21 was frequently increased, whereas that of let-7a was decreased in malignant cells. We also analyzed the association of miRNA expression with that of epithelial markers; prognostic indicators such as estrogen receptor, progesterone receptor, and HER2; as well as clinical outcome data. This ISH approach provides a more direct and informative assessment of how altered miRNA expression contributes to breast carcinogenesis compared with miRNA expression profiling in gross tissue biopsies. Most significantly, early manifestation of altered miR-145 expression in atypical hyperplasia and carcinoma in situ lesions suggests that this miRNA may have a potential clinical application as a novel biomarker for early detection. [Cancer Res 2007;67(24):11612–20]

microRNAs are ∼22 nucleotide endogenous noncoding RNAs that post-transcriptionally repress expression of protein-coding genes by base-pairing with the 3′-untranslated regions of the target mRNAs. We present here an inventory of miRNA expression profiles from 13 neuroanatomically distinct areas of the adult mouse central nervous system (CNS). Microarray profiling in combination with real-time RT-PCR and LNA (locked nucleic acid)-based in situ hybridization uncovered 44 miRNAs displaying more than threefold enrichment in the spinal cord, cerebellum, medulla oblongata, pons, hypothalamus, hippocampus, neocortex, olfactory bulb, eye, and pituitary gland. These findings suggest that a large number of mouse CNS-expressed miRNAs may be associated with specific functions within these regions. Notably, more than 50% of the identified mouse CNS-enriched miRNAs showed different expression patterns compared to those reported in zebrafish, although the mature miRNA sequences are nearly 100% conserved between the two vertebrate species. The inventory of miRNA profiles in the adult mouse CNS presented here provides an important step toward further elucidation of miRNA function and miRNA-related gene regulatory networks in the mammalian central nervous system.

Elucidating the molecular mechanisms that regulate human stromal (mesenchymal) stem cell (hMSC) differentiation into osteogenic lineage is important for the development of anabolic therapies for treatment of osteoporosis. MicroRNAs (miRNAs) are short, noncoding RNAs that act as key regulators of diverse biological processes by mediating translational repression or mRNA degradation of their target genes. Here, we show that miRNA-138 (miR-138) modulates osteogenic differentiation of hMSCs. miRNA array profiling and further validation by quantitative RT-PCR (qRT-PCR) revealed that miR-138 was down-regulated during osteoblast differentiation of hMSCs. Overexpression of miR-138 inhibited osteoblast differentiation of hMSCs in vitro, whereas inhibition of miR-138 function by antimiR-138 promoted expression of osteoblast-specific genes, alkaline phosphatase (ALP) activity, and matrix mineralization. Furthermore, overexpression of miR-138 reduced ectopic bone formation in vivo by 85%, and conversely, in vivo bone formation was enhanced by 60% when miR-138 was antagonized. Target prediction analysis and experimental validation by luciferase 3′ UTR reporter assay confirmed focal adhesion kinase, a kinase playing a central role in promoting osteoblast differentiation, as a bona fide target of miR-138. We show that miR-138 attenuates bone formation in vivo, at least in part by inhibiting the focal adhesion kinase signaling pathway. Our findings suggest that pharmacological inhibition of miR-138 by antimiR-138 could represent a therapeutic strategy for enhancing bone formation in vivo.

MicroRNAs (miRNAs) regulate gene expression. It has been suggested that obtaining miRNA expression profiles can improve classification, diagnostic, and prognostic information in oncology. Here, we sought to comprehensively identify the miRNAs that are overexpressed in lung cancer by conducting miRNA microarray expression profiling on normal lung versus adjacent lung cancers from transgenic mice. We found that miR-136, miR-376a, and miR-31 were each prominently overexpressed in murine lung cancers. Real-time RT-PCR and in situ hybridization (ISH) assays confirmed these miRNA expression profiles in paired normal-malignant lung tissues from mice and humans. Engineered knockdown of miR-31, but not other highlighted miRNAs, substantially repressed lung cancer cell growth and tumorigenicity in a dose-dependent manner. Using a bioinformatics approach, we identified miR-31 target mRNAs and independently confirmed them as direct targets in human and mouse lung cancer cell lines. These targets included the tumor-suppressive genes large tumor suppressor 2 (LATS2) and PP2A regulatory subunit B alpha isoform (PPP2R2A), and expression of each was augmented by miR-31 knockdown. Their engineered repression antagonized miR-31–mediated growth inhibition. Notably, miR-31 and these target mRNAs were inversely expressed in mouse and human lung cancers, underscoring their biologic relevance. The clinical relevance of miR-31 expression was further independently and comprehensively validated using an array containing normal and malignant human lung tissues. Together, these findings revealed that miR-31 acts as an oncogenic miRNA (oncomir) in lung cancer by targeting specific tumor suppressors for repression.

Significance Cancer cells characteristically express proteins with immature O-glycosylation, but how and why cancer cells express immature O-glycans has remained poorly understood. Here, we report that one prevalent mechanism in pancreatic cancer is epigenetic silencing, rather than somatic mutations in a key chaperone, core 1 β3-Gal-T-specific molecular chaperone ( COSMC ), required for mature elongated O-glycosylation. We also demonstrate, with the use of well-defined cell systems generated by precise gene editing, that the aberrant O-glycophenotype by itself induces oncogenic features with enhanced growth and invasion. Our study suggests that the characteristic aberrant O-glycophenotype is critical for the development and behavior of cancer and further provides support for immunotherapeutic strategies that target aberrant O-glycans.

Abstract Congenital Heart Disease (CHD) affects approximately 7-9 children per 1000 live births. Numerous genetic studies have established a role for rare genomic variants at the copy number variation (CNV) and single nucleotide variant level. In particular, the role of de novo mutations (DNM) has been highlighted in syndromic and non-syndromic CHD. To identify novel haploinsufficient CHD disease genes we performed an integrative analysis of CNVs and DNMs identified in probands with CHD including cases with sporadic thoracic aortic aneurysm (TAA). We assembled CNV data from 7,958 cases and 14,082 controls and performed a gene-wise analysis of the burden of rare genomic deletions in cases versus controls. In addition, we performed mutation rate testing for DNMs identified in 2,489 parent-offspring trios. Our combined analysis revealed 21 genes which were significantly affected by rare genomic deletions and/or constrained non-synonymous de novo mutations in probands. Fourteen of these genes have previously been associated with CHD while the remaining genes ( FEZ1, MYO16, ARID1B, NALCN, WAC, KDM5B and WHSC1 ) have only been associated in singletons and small cases series, or show new associations with CHD. In addition, a systems level analysis revealed shared contribution of CNV deletions and DNMs in CHD probands, affecting protein-protein interaction networks involved in Notch signaling pathway, heart morphogenesis, DNA repair and cilia/centrosome function. Taken together, this approach highlights the importance of re-analyzing existing datasets to strengthen disease association and identify novel disease genes.