Abstract While the role of the immune system in multiple sclerosis (MS) is widely acknowledged, our comprehension of the transcriptional foundations of this prevalent neurological disorder remains largely incomplete. Here, we conducted high-depth RNA sequencing on monocytes from a cohort of patients with MS to explore rare RNA species associated with the disease. In a subset of the patients, a markedly altered transcriptome was observed, coinciding with a decreased expression of the epigenetic silencer HP1α/CBX5. These patients also exhibited diminished expression of multiple genes encoding subunits of the Integrator complex. Alongside, there were clear indications of decreased Integrator activity, including impaired U snRNA and enhancer-RNA maturation/degradation and dysregulated RNA polymerase II (RNAPII) pause-release. Inactivation of Cbx5 in the mouse recapitulated the defects in Integrator activity and resulted in hypersensitivity to Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE). While these data implied an unexpected function for HP1α in regulating RNAPII pause-release, they also showed that the dysregulation of numerous genes in MS patients could be adributed to either the biased distribution of transcription toward the 5’ end of genes or the heightened elongation and stability of enhancer RNAs. We therefore propose that impaired Integrator activity, which has been hinted at by mutations within Integrator subunits previously linked to an increased risk of MS, can provide a well-defined mechanistic understanding of the transcriptional anomalies associated with the disease.

Accumulation of senescent cells is an important contributor to chronic inflammation upon aging. While cytoplasmic DNA was shown to drive the inflammatory phenotype of senescent cells, an equivalent role for RNA has never been explored. Here, we show that cellular senescence correlates with reduced expression of RNA exosome subunits and coincident accumulation of promoter RNAs and immature RNA transcripts. Forced accumulation of these RNAs by inactivation of the Exosc3 exosome subunit induces expression of senescence markers and reduced mitochondrial gene expression. Reciprocally, mitochondrial suffering and oxidative stress results in reduced RNA decay, suggestive of a feedback loop between RNA decay and mitochondrial activity. As several of the accumulating RNAs are also produced during normal activation of immune cells and contain Alu sequences known to trigger an innate immune response, we propose that stabilizing immature and unstable RNAs participate in driving and maintaining the permanent inflammatory state characteristic of cellular senescence.

HP1α/CBX5 is an epigenetic regulator with a suspected role in multiple sclerosis (MS). Here, using high-depth RNA sequencing on monocytes, we identified a subset of MS patients with reduced CBX5 expression, correlating with progressive stages of the disease and extensive transcriptomic alterations. Examination of rare non-coding RNA species in these patients revealed impaired maturation/degradation of U snRNAs and enhancer RNAs, indicative of reduced activity of the Integrator, a complex with suspected links to increased MS risk. At protein-coding genes, compromised Integrator activity manifested in reduced pre-mRNA splicing efficiency and altered expression of genes regulated by RNA polymerase II pause–release. Inactivation of Cbx5 in the mouse mirrored most of these transcriptional defects and resulted in hypersensitivity to experimental autoimmune encephalomyelitis. Collectively, our observations suggested a major contribution of the Integrator complex in safeguarding against transcriptional anomalies characteristic of MS, with HP1α/CBX5 emerging as an unexpected regulator of this complex’s activity. These findings bring novel insights into the transcriptional aspects of MS and provide potential new criteria for patient stratification.

ABSTRACT HP1 proteins are best known as markers of heterochromatin and gene silencing. Yet, they are also RNA-binding proteins and the HP1γ/Cbx3 family member is present on transcribed genes together with RNA polymerase II, where it regulates co-transcriptional processes such as alternative splicing. To gain insight in the role of the RNA binding activity of HP1γ in transcriptionally active chromatin, we have captured and analyzed RNAs associated with this protein. We find that HP1γ specifically recognizes hexameric RNA motifs and coincidentally transposable elements of the SINE family. As these elements are abundant in introns, while essentially absent from exons, the HP1γ RNA binding activity tethers unspliced pre-mRNA to chromatin via the intronic region and limits the usage of intronic cryptic splice sites. Thus, our data unveil novel determinants in the relationship between chromatin and co-transcriptional splicing.

Abstract The influenza A virus (IAV) profoundly affects host cell nuclear processes to accommodate for its transcription. In particular, the IAV RNA polymerase (FluPol) associates with host genes to snatch capped 5’-ends from nascent messenger RNAs, that are then used to prime viral transcription. The extend of FluPol-host gene interaction and its actual consequence on host transcription are still poorly characterized. We show here, using genome-wide approaches, that the PA, PB1, and PB2 subunits of FluPol establish contacts with both chromatin and RNA transcripts at promoters, but also within the coding region of genes. These interactions also reach into downstream regions where recruitment of FluPol subunits correlates with previously reported transcription termination defects induced by IAV, indicative of an implication of the FluPol in this viral strategy to limit host cell defense by interfering with transcription re-initiation. The latter is further suggested by a bias in the FluPol genomic targets, enriched in genes associated with anti-viral defense. Together, our observations suggest that FluPol-chromatin binding contributes to targeted dampening of host immune response pathways.

Abstract Defects in RNA splicing have been linked to numerous human disorders, but remain poorly explored in inflammatory bowel disease (IBD). Here, we report that, in the gut epithelium of patients with ulcerative colitis (UC), the expression of the chromatin and alternative splicing regulator HP1γ is strongly reduced. Accordingly, inactivation of the HP1γ gene in the mouse gut triggered several IBD-like traits, including inflammation and dysbiosis. In parallel, we discovered that its loss of function broadly increased splicing noise, reducing requirement for canonical splicing consensus sequences, and favoring the usage of cryptic splice sites at numerous genes with key functions in gut biology. This notably resulted in the production of progerin, a noncanonical toxic splice variant of prelamin A mRNA, responsible for the Hutchinson Gilford Progeria Syndrome (HGPS) of premature aging. Likewise, production of progerin transcript was found to be a signature of colonic cells from UC patients. Thus, our study identifies HP1γ as a regulator of RNA metabolism in vivo , providing a unique mechanism linking anti-inflammation and accuracy of RNA splicing in the gut epithelium. HP1 defect may confer a general disturbance in RNA splicing precision to scrutinize in IBD and more generally in accelerating aging diseases.

Abstract Promoters and enhancers are sites of transcription initiation (TSSs) and carry active histone modifications, including H3K4me1, H3K4me3, and H3K27ac. Yet, the principles governing the boundaries of such regulatory elements are still poorly characterized. Alu elements are good candidates for a boundary function, being highly abundant in gene-rich regions, while essentially excluded from regulatory elements. Here, we show that the interval from the TSS to the first upstream Alu accommodates all H3K4me3 and most H3K27ac marks, while excluding DNA methylation. Remarkably, the average length of this intervals greatly varies in-between tissues, being longer in stem-and shorter in immune-cells. The very shortest TSS-to-Alu intervals were observed at promoters active in T cells, particularly at immune genes, correlating with RNA polymerase II transcription through the first Alu and accumulation of H3K4me1 signal on this first Alu. Finally, DNA methylation at first-Alus was found to evolved with age, regressing from young to middle-aged, then recovering later in life. Thus, the first Alus upstream of TSSs appear as dynamic boundaries marking the transition from DNA methylation to active histone modifications at regulatory elements, while also participating in the recording of immune gene transcriptional events by positioning H3K4me1-modified nucleosomes.