Abstract Virtually all patients with BRAF-mutant melanoma develop resistance to MAPK inhibitors largely through non-mutational events 1,2 . Although the epigenetic landscape has been shown to be altered in therapy-resistant melanomas and other cancers 3,4 , a specific targetable epigenetic mechanism regulating treatment resistance has not been validated to date. Here we evaluate the CoREST repressor complex and the novel inhibitor, corin 5 , within the context of melanoma phenotype plasticity and therapeutic resistance in order to define epigenetic mechanisms underlying these processes. We find that CoREST is a critical mediator of the major distinct melanoma phenotypes and that corin treatment of melanoma cells leads to phenotype reprogramming. We further demonstrate that treatment of BRAF inhibitor (BRAFi)-resistant melanomas with corin leads to resensitization of tumor cells to BRAFi. Among the transcriptional targets of CoREST in melanoma are the dual-specificity phosphatases (DUSPs). DUSP1 is shown to be consistently downregulated in BRAFi-resistant melanomas which can be reversed by corin treatment, thereby leading to downstream inhibition of p38 MAPK activity and resensitization of resistant cells to targeted BRAFi therapies. These findings identify the CoREST repressor complex as a central mediator of melanoma phenotype plasticity and resistance to targeted therapy and suggest that CoREST inhibitors may prove beneficial to patients with BRAF-mutant melanomas who have acquired BRAFi-resistance.

Abstract Obesity, the accumulation of body fat to excess, may cause serious negative health effects, including increased risk of heart disease, type 2 diabetes, stroke and certain cancers. The biology of obesity is complex and not well understood, involving both environmental and genetic factors and affecting metabolic and endocrine mechanisms in tissues of the gut, adipose, and brain. Previous RNA sequencing studies have identified transcripts associated with obesity and body mass index in blood and fat, often using animal models, but RNA sequencing studies in human brain tissue related to obesity have not been previously undertaken. We conducted both large and small RNA sequencing of hypothalamus (207 samples) and nucleus accumbens (276 samples) from individuals defined as consistently obese (124 samples), consistently normal weight as controls (148 samples) or selected without respect to BMI and falling within neither case nor control definition (211 samples), based on longitudinal BMI measures. The samples were provided by three cohort studies with brain donation programs; the Framingham Heart Study (FHS), the Religious Orders Study (ROS) and the Rush Memory and Aging Project (MAP). For each brain region and large/small RNA sequencing set, differential expression of obesity, BMI, brain region and sex was performed. Analyses were done transcriptome-wide as well as with a priori defined sets of obesity or BMI-associated mRNAs and microRNAs (miRNAs). There are sixteen mRNAs and five microRNAs that are differentially expressed (adjusted p < 0.05) by obesity or BMI in these tissues, several of which were validated with qPCR data. The results include many that are BMI-associated, such as APOBR and CES1, as well as many associated with the immune system and some with addiction, such as the gene sets “cytokine signaling in immune system” and “opioid signaling”. In spite of the relatively large number of samples, our study was likely under-powered to detect other transcripts or miRNA with relevant but smaller effects.

Abstract Historically, staghorn coral ( Acropora cervicornis ) was a preeminent reef-builder in the Caribbean and Tropical Western Atlantic, where it constructed extensive thickets at 5-20 m depth that supported diverse ecosystems and provided coastal populations with food, storm protection, and income from tourism. In recent decades, A. cervicornis declined precipitously, up to 97% in some localities. To reverse its decline, widespread efforts are underway to characterize the phenotypic and genetic diversity of persisting populations with the goal of restoring them to historical levels by out-planting nursery grown specimens. To support this target, we developed transcriptomes for two A. cervicornis populations located in Turneffe Atoll Marine Reserve, Belize. These populations experience significantly different temperatures, light levels and water currents, and they harbor individuals that differ in key phenotypes. Because differentiating the gene activity of diverse taxa—i.e., coral host, algal photosymbiont, plus associated eukaryotes, bacteria, archaea, and viruses— is critical to understanding the function of the coral holobiont, we developed a pipeline for parsing transcripts by taxon. Separate transcriptomes for each population contain complete representatives for >96% of 978 conserved metazoan single copy orthologs. The taxonomic breakdown of transcripts differed between sites, with more bacterial transcripts recovered from Calabash Caye and more symbiont transcripts from Blackbird Caye. The assembled transcriptomes will facilitate gene expression studies and in silico cloning from this endangered coral.

Mind bomb 1 (MIB1) is a RING E3 ligase that ubiquitinates Notch ligands, a necessary step for induction of Notch signaling. The structural basis for binding of the JAG1 ligand by the N-terminal region of MIB1 is known, yet how the ankyrin (ANK) and RING domains of MIB1 cooperate to catalyze ubiquitin transfer from E2∼Ub to Notch ligands remains unclear. Here, we show that the third RING domain and adjacent coiled coil region (ccRING3) drive MIB1 dimerization and that MIB1 ubiquitin transfer activity relies solely on ccRING3. We report X-ray crystal structures of a UbcH5B-ccRING3 complex and the ANK domain. Directly tethering the MIB1 N-terminal region to ccRING3 forms a minimal MIB1 protein sufficient to induce a Notch response in receiver cells and rescue mib knockout phenotypes in flies. Together, these studies define the functional elements of an E3 ligase needed for ligands to induce a Notch signaling response.

ABSTRACT Consciousness of the social impact of science and the potential biases of its authors is critical to understanding, interpreting, and using scientific findings responsibly. This is especially true for sciences concerned with human health and behavior, where societal and unconscious biases may reinforce existing inequities and discriminatory practices. Considering backgrounds and biases, we may notice bias influencing scientists’ methodological choices and conclusions, even when a work is otherwise scientifically sound. To this end, we created the pedagogical tool Finding inEquity in LIterature and eXperimentation (FELIX). FELIX is a tool that systematizes the detection of bias and subjectivity in scientific communications by using a three-phase progression of (i) Annotation, (ii) Analysis and (iii) Synthesis, where students form a unified argument about the text with a focus on its relationship to social or ethical context. Results from a mixed methods approach indicated the efficacy of our approach in supporting student learning related to reading comprehension, critical thinking skills, and in understanding the social and ethical implications of the research they were reading. We put forward FELIX as a universal method for training students in the reading of scientific communications and as a tool for addressing systemic inequities in science and science education.

ABSTRACT Our understanding of the molecular underpinnings of chronic traumatic encephalopathy (CTE) and its associated pathology in post-mortem brain is incomplete. Factors including years of play and genetic risk variants influence the extent of tau pathology associated with disease expression, but how these factors affect gene expression, and whether those effects are consistent across the development of disease, is unknown. To address these questions, we conducted an analysis of the largest mRNASeq whole-transcriptome dataset available to date. We examined the genes and biological processes associated with disease by comparing individuals with CTE with control individuals with a history of repetitive head impacts that lack CTE pathology. We then identified genes and biological processes associated with total years of play as a measure of exposure, amount of tau pathology present at time of death, and the presence of APOE and TMEM106B risk variants. Samples were stratified into low and high pathology groups based on extent of tau pathology and years of play to model early vs late changes in response to exposure, and the relative effects associated with these factors were compared between these groups. Substantial gene expression changes were associated with severe disease for most of these factors, primarily implicating diverse, highly increased neuroinflammatory and neuroimmune processes. In contrast, low exposure groups had many fewer genes and processes implicated and show striking differences for some factors when compared with severe disease. Specifically, gene expression associated with amount of tau pathology showed a nearly perfect inverse relationship when compared between these two groups. Together, these results suggest the early disease process may differ substantially from that observed in late stages, that total years of play and tau pathology influence disease expression differently, and that related pathology-modifying risk variants may do so via distinct biological pathways.

Abstract Although >90% of somatic mutations reside in non-coding regions, few have been reported as cancer drivers. To predict driver non-coding variants (NCVs), we present a novel transcription factor (TF)-aware burden test (TFA-BT) based on a model of coherent TF function in promoters. We applied our TFA-BT to NCVs from the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes cohort and predicted 2,555 driver NCVs in the promoters of 813 genes across 20 cancer-types. These genes are enriched in cancer-related gene ontologies, essential genes, and genes associated with cancer prognosis. We found that 765 candidate driver NCVs alter transcriptional activity, 510 lead to differential binding of TF-cofactor regulatory complexes, and that they primarily impact the binding of ETS factors. Finally, we show that different NCVs within a promoter often affect transcriptional activity through shared mechanisms. Our integrated computational and experimental approach shows that cancer NCVs are widespread and that ETS factors are commonly disrupted.

The mechanisms underlying degeneration of the specific neurons in the striatum of Huntingon's Disease (HD) brain are currently unknown. The striatum is massively degenerated in late stage HD, making examination of post-mortem brain tissue from symptomatic individuals problematic. Striatal tissue is largely intact in the brains of asymptomatic HD positive (HD+) gene carriers, but these samples are exceedingly rare. In this study, caudate nucleus (CAU) tissue from two asymptomatic HD+ individuals was subjected to high throughput mRNA sequencing (mRNA-Seq) for comparison with similar datasets from symptomatic HD individuals and healthy controls. The overall transcriptional response in HD+ CAU shares much of the same response observed in HD Brodmann Area 9 (BA9) samples, an area that is relatively spared from significant degeneration. A set of differentially expressed (DE) genes predominantly related to the heat shock response are found in common between brain regions, and show much higher induction in HD+ CAU than HD BA9. The most highly perturbed pathways show near complete agreement when comparing diseased tissue with control, and a random forest classifier predicted that the two HD+ CAU samples strongly resemble HD BA9 and not control BA9. Nonetheless, when genes were prioritized by their specificity to HD+ CAU, a large number of pathways spanning many biological processes emerged. Further comparison of HD+ BA9 with HD BA9 identified genes that may be early responders to disease, and have altered expression in symptomatic individuals. This study presents the first and largest examination of asymptomatic brain gene expression to date, and suggests many new avenues of investigation into the mechanisms underlying neurodegeneration in HD.

SUMMARY Apolipoprotein receptor 2 (APOER2) is an alternatively spliced transmembrane receptor that binds the neuroprotective ligand Reelin and Alzheimer’s disease (AD) related risk factor, APOE. Splicing of single exons in mouse Apoer2 regulates neuronal function and synaptic plasticity. However, the splicing landscape and function of human APOER2 isoforms in physiological and AD conditions remains unclear. Here, we identified over 200 unique human APOER2 isoforms in the parietal cortex and hippocampus with 151 isoforms common between the two brain regions. In addition, we identified region- and AD-specific APOER2 isoforms suggesting APOER2 splicing is spatially regulated and altered in AD. We tested whether the AD-specific APOER2 transcripts have distinct functional properties, and demonstrated AD-specific APOER2 variants have altered cell surface expression, APOE-mediated receptor processing and synaptic changes which could contribute to neuronal dysfunction associated with AD pathogenesis.

Huntington's and Parkinson's Diseases (HD and PD) are neurodegenerative disorders that share some pathological features but are disparate in others. For example, while both diseases are marked by aberrant protein aggregation in the brain, the specific proteins that aggregate and types of neurons affected differ. A better understanding of the molecular similarities and differences between these two diseases may lead to a more complete mechanistic picture of both the individual diseases and the neurodegenerative process in general. We sought to characterize the common transcriptional signature of HD and PD as well as genes uniquely implicated in each of these diseases using mRNA-Seq data from post mortem human brains in comparison to neuropathologically normal controls. The enriched biological pathways implicated by HD differentially expressed genes show remarkable consistency with those for PD differentially expressed genes and implicate the common biological processes of neuroinflammation, apoptosis, transcriptional dysregulation, and neuron-associated functions. Comparison of the differentially expressed (DE) genes highlights a set of consistently altered genes that span both diseases. In particular, processes involving nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NFkB) and transcription factor cAMP response element-binding protein (CREB) are the most prominent among the genes common to HD and PD. When the combined HD and PD data are compared to controls, relatively few additional biological processes emerge as significantly enriched suggesting that most pathways are independently seen within each disorder. Despite showing comparable numbers of DE genes, DE genes unique to HD are enriched in far more coherent biological processes than the DE genes unique to PD, suggesting that PD may represent a more heterogeneous disorder.