Although it is generally accepted that cellular differentiation requires changes to transcriptional networks, dynamic regulation of promoters and enhancers at specific sets of genes has not been previously studied en masse. Exploiting the fact that active promoters and enhancers are transcribed, we simultaneously measured their activity in 19 human and 14 mouse time courses covering a wide range of cell types and biological stimuli. Enhancer RNAs, then messenger RNAs encoding transcription factors, dominated the earliest responses. Binding sites for key lineage transcription factors were simultaneously overrepresented in enhancers and promoters active in each cellular system. Our data support a highly generalizable model in which enhancer transcription is the earliest event in successive waves of transcriptional change during cellular differentiation or activation.

One Two T T cells develop in the thymus, where they proceed through several developmental stages, losing alternative lineage potential as they progress. The molecular regulation of this developmental process, however, is not fully understood (see the Perspective by Di Santo ). P. Li et al. (p. 85 , published online 10 June), L. Li et al. (p. 89 ), and Ikawa et al. (p. 93 ) now identify expression of the zinc finger transcription factor Bcl11b as the earliest checkpoint in T cell development in mice. Genetic deletion of Bcl11b in developing T cells inhibited commitment to the T cell lineage. Under conditions that should have stimulated T lineage differentiation, Bcl11b -deficient T cell progenitors failed to up-regulate genes associated with lineage-committed T cells and maintained stem cell– and progenitor cell–associated gene expression. In both developing and committed T cells, loss of Bcl11b resulted in the generation of cells that resembled natural killer (NK) cells in both phenotype and function. These NK-like cells could be expanded easily in vitro and possessed antitumor cytotoxicity, but they did not exhibit cytotoxicity against normal cells and were not tumorigenic. Because T cells are much easier to obtain from human patients than NK cells, deletion of Bcl11b in T cells may thus provide a source of easy-to-grow NK cells for cell-based antitumor therapies.

Abstract In the FANTOM5 project, transcription initiation events across the human and mouse genomes were mapped at a single base-pair resolution and their frequencies were monitored by CAGE (Cap Analysis of Gene Expression) coupled with single-molecule sequencing. Approximately three thousands of samples, consisting of a variety of primary cells, tissues, cell lines, and time series samples during cell activation and development, were subjected to a uniform pipeline of CAGE data production. The analysis pipeline started by measuring RNA extracts to assess their quality, and continued to CAGE library production by using a robotic or a manual workflow, single molecule sequencing, and computational processing to generate frequencies of transcription initiation. Resulting data represents the consequence of transcriptional regulation in each analyzed state of mammalian cells. Non-overlapping peaks over the CAGE profiles, approximately 200,000 and 150,000 peaks for the human and mouse genomes, were identified and annotated to provide precise location of known promoters as well as novel ones, and to quantify their activities.

Immune checkpoint blockade against programmed cell death 1 (PD-1) and its ligand PD-L1 often induces durable tumor responses in various cancers, including non–small cell lung cancer (NSCLC). However, therapeutic resistance is increasingly observed, and the mechanisms underlying anti–PD-L1 (aPD-L1) antibody treatment have not been clarified yet. Here, we identified two unique secreted PD-L1 splicing variants, which lacked the transmembrane domain, from aPD-L1–resistant NSCLC patients. These secreted PD-L1 variants worked as “decoys” of aPD-L1 antibody in the HLA-matched coculture system of iPSC-derived CD8 T cells and cancer cells. Importantly, mixing only 1% MC38 cells with secreted PD-L1 variants and 99% of cells that expressed wild-type PD-L1 induced resistance to PD-L1 blockade in the MC38 syngeneic xenograft model. Moreover, anti–PD-1 (aPD-1) antibody treatment overcame the resistance mediated by the secreted PD-L1 variants. Collectively, our results elucidated a novel resistant mechanism of PD-L1 blockade antibody mediated by secreted PD-L1 variants.

Abstract The spatially organized gene expression program within the liver specifies hepatocyte functions according to their relative distances to the bloodstream (i.e., zonation), contributing to liver homeostasis. Despite the knowledge that solid cancers remotely disrupt liver homeostasis, it remains unexplored whether solid cancers affect liver zonation. Here, using spatial transcriptomics, we thoroughly investigate the abundance and zonation of hepatic genes in cancer-bearing mice. We find that breast cancers affect liver zonation in various distinct manners depending on biological pathways. Aspartate metabolism and triglyceride catabolic processes retain relatively intact zonation patterns, but the zonation of xenobiotic catabolic process genes exhibits a strong disruption. The acute phase response is induced in zonated manners. Furthermore, we demonstrate that breast cancers activate innate immune cells in particular neutrophils in distinct zonated manners, rather than in a uniform fashion within the liver. Collectively, breast cancers disorganize hepatic transcriptomes in zonated manners, thereby disrupting zonated functions of the liver.

Abstract Accumulated studies have reported that hematopoietic differentiation was primarily regulated by transcription factors. Early B cell factor 1 (EBF1) is an essential transcription factor for B lymphopoiesis. Contrary to the canonical notion, we found that a single miRNA, miRNA-195 (miR-195) transduction let EBF1 deficient hematopoietic progenitor cells (HPCs) express CD19, carry out V(D)J recombination and class switch recombination, which implied that B cell matured without EBF1. A part of the mechanism was caused by FOXO1 accumulation via inhibition of FOXO1 phosphorylation pathways in which targets of miR-195 are enriched. These results suggested that some miRNA transductions could function as alternatives to transcription factors.