Abstract Many proteins regulate the expression of genes by binding to specific regions encoded in the genome 1 . Here we introduce a new data set of RNA elements in the human genome that are recognized by RNA-binding proteins (RBPs), generated as part of the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project phase III. This class of regulatory elements functions only when transcribed into RNA, as they serve as the binding sites for RBPs that control post-transcriptional processes such as splicing, cleavage and polyadenylation, and the editing, localization, stability and translation of mRNAs. We describe the mapping and characterization of RNA elements recognized by a large collection of human RBPs in K562 and HepG2 cells. Integrative analyses using five assays identify RBP binding sites on RNA and chromatin in vivo, the in vitro binding preferences of RBPs, the function of RBP binding sites and the subcellular localization of RBPs, producing 1,223 replicated data sets for 356 RBPs. We describe the spectrum of RBP binding throughout the transcriptome and the connections between these interactions and various aspects of RNA biology, including RNA stability, splicing regulation and RNA localization. These data expand the catalogue of functional elements encoded in the human genome by the addition of a large set of elements that function at the RNA level by interacting with RBPs.

The highly transmissible B.1.1.7 variant of SARS-CoV-2, first identified in the United Kingdom, has gained a foothold across the world. Using S gene target failure (SGTF) and SARS-CoV-2 genomic sequencing, we investigated the prevalence and dynamics of this variant in the United States (US), tracking it back to its early emergence. We found that, while the fraction of B.1.1.7 varied by state, the variant increased at a logistic rate with a roughly weekly doubling rate and an increased transmission of 40%-50%. We revealed several independent introductions of B.1.1.7 into the US as early as late November 2020, with community transmission spreading it to most states within months. We show that the US is on a similar trajectory as other countries where B.1.1.7 became dominant, requiring immediate and decisive action to minimize COVID-19 morbidity and mortality.

Abstract Eukaryotic messenger RNAs are extensively decorated with modified nucleotides and the resulting epitranscriptome plays important regulatory roles in cells 1 . Pseudouridine (Ψ) is a modified nucleotide that is prevalent in human mRNAs and can be dynamically regulated 2–5 . However, it is unclear when in their life cycle RNAs become pseudouridylated and what the endogenous functions of mRNA pseudouridylation are. To determine if pseudouridine is added co-transcriptionally, we conducted pseudouridine profiling 2 on chromatin-associated RNA to reveal thousands of intronic pseudouridines in nascent pre-mRNA at locations that are significantly associated with alternatively spliced exons, enriched near splice sites, and overlap hundreds of binding sites for regulatory RNA binding proteins. Multiple distinct pseudouridine synthases with tissue-specific expression pseudouridylate pre-mRNA sites, and genetic manipulation of the predominant pre-mRNA modifying pseudouridine synthases PUS1, PUS7 and RPUSD4 induced widespread changes in alternative splicing in cells, supporting a role for pre-mRNA pseudouridylation in alternative splicing regulation. Consistently, we find that individual pseudouridines identified in cells are sufficient to directly affect splicing in vitro . Together with previously observed effects of artificial pseudouridylation on RNA-RNA 6–8 and RNA-protein 9–11 interactions that are relevant for splicing, our results demonstrate widespread co-transcriptional pre-mRNA pseudouridylation and establish the enormous potential for this RNA modification to control human gene expression.

ABSTRACT RNA binding motif protein 20 (RBM20) is a key regulator of alternative splicing in the heart, and its mutation leads to malignant dilated cardiomyopathy (DCM). To understand the mechanism of RBM20-associated DCM, we engineered isogenic human induced pluripotent stem cells (iPSCs) with heterozygous or homozygous DCM-associated missense mutations in RBM20 (R636S) as well as RBM20 knockout (KO) iPSCs. iPSC-derived engineered heart tissues made from these cell lines recapitulated contractile dysfunction of RBM20-associated DCM and revealed greater dysfunction with missense mutations than KO. Analysis of RBM20 RNA binding by eCLIP revealed a gain-of-function preference of mutant RBM20 for 3′ UTR sequences that are shared with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and processing-body associated RNA binding proteins (FUS, DDX6). Deep RNA sequencing revealed that the RBM20 R636S mutant has unique gene, splicing, polyadenylation and circular RNA defects that differ from RBM20 KO, impacting distinct cardiac signaling pathways. Splicing defects specific to KO or R636S mutations were supported by data from R636S gene-edited pig hearts and eCLIP. Super-resolution microscopy verified that mutant RBM20 maintains limited nuclear localization potential; rather, the mutant protein associates with cytoplasmic processing bodies (DDX6) under basal conditions, and with stress granules (G3BP1) following acute stress. Taken together, our results highlight a novel pathogenic mechanism in cardiac disease through splicing-dependent and -independent pathways that are likely to mediate differential contractile phenotypes and stress-associated heart pathology.

Accurate, high-resolution environmental monitoring of SARS-CoV-2 traces indoors through sentinel cards is a promising approach to help students safely return to in-person learning. Because SARS-CoV-2 RNA can persist for up to a week on several indoor surface types, there is a need for increased temporal resolution to determine whether consecutive surface positives arise from new infection events or continue to report past events. Cleaning sentinel cards after sampling would provide the needed resolution, but might interfere with assay performance. We tested the effect of three cleaning solutions (BZK wipes, wet wipes, RNase Away) at three different viral loads: "high" (4 x 10 4 GE/mL), "medium" (1 x 10 4 GE/mL), and "low" (2.5 x 10 3 GE/mL). RNAse Away, chosen as a positive control, was the most effective cleaning solution on all three viral loads. Wet wipes were found to be more effective than BZK wipes in the medium viral load condition. The low viral load condition was easily reset with all three cleaning solutions. These findings will enable temporal SARS-CoV-2 monitoring in indoor environments where transmission risk of the virus is high and the need to avoid individual-level sampling for privacy or compliance reasons exists.

Abstract Environmental monitoring in public spaces can be used to identify surfaces contaminated by persons with COVID-19 and inform appropriate infection mitigation responses. Research groups have reported detection of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) on surfaces days or weeks after the virus has been deposited, making it difficult to estimate when an infected individual may have shed virus onto a SARS-CoV-2 positive surface, which in turn complicates the process of establishing effective quarantine measures. In this study, we determined that reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) detection of viral RNA from heat-inactivated particles experiences minimal decay over seven days of monitoring on eight out of nine surfaces tested. The properties of the studied surfaces result in RT-qPCR signatures that can be segregated into two material categories, rough and smooth, where smooth surfaces have a lower limit of detection. RT-qPCR signal intensity (average quantification cycle ( Cq )) can be correlated to surface viral load using only one linear regression model per material category. The same experiment was performed with infectious viral particles on one surface from each category, with essentially identical results. The stability of RT-qPCR viral signal demonstrates the need to clean monitored surfaces after sampling to establish temporal resolution. Additionally, these findings can be used to minimize the number of materials and time points tested and allow for the use of heat-inactivated viral particles when optimizing environmental monitoring methods. Importance Environmental monitoring is an important tool for public health surveillance, particularly in settings with low rates of diagnostic testing. Time between sampling public environments, such as hospitals or schools, and notifying stakeholders of the results should be minimal, allowing decisions to be made towards containing outbreaks of coronavirus disease 2019 (COVID-19). The Safer At School Early Alert program (SASEA) [1], a large-scale environmental monitoring effort in elementary school and child care settings, has processed > 13,000 surface samples for SARS-CoV-2, detecting viral signals from 574 samples. However, consecutive detection events necessitated the present study to establish appropriate response practices around persistent viral signals on classroom surfaces. Other research groups and clinical labs developing environmental monitoring methods may need to establish their own correlation between RT - qPCR results and viral load, but this work provides evidence justifying simplified experimental designs, like reduced testing materials and the use of heat-inactivated viral particles.

Circular RNAs (circRNAs) are stable, often abundant RNA transcripts with potential to modulate other regulatory RNAs. A few circRNAs have been shown to bind RNA binding proteins (RBPs), however, little is known about the prevalence and distribution of these interactions. Here, we generate a comprehensive catalogue of circRNA-RBP interactions in the ENCODE cell lines, HepG2 and K562, using large eCLIP data sets with binding site profiles for 150 RBPs. We show that KHSRP binding sites are enriched in flanking introns of circRNAs and that KHSRP depletion affects circRNA biogenesis. Additionally, we show that exons forming circRNAs are generally enriched with RBP binding sites compared to non-circularizing exons. We identify circRNAs that are highly covered by RBP binding sites and experimentally validate individual circRNA-RBP interactions. We show that circCDYL, a circRNA with clinical and functional implications in bladder cancer, is almost completely covered with GRWD1 binding sites in HepG2 cells, and that circCDYL depletion counteracts the effect of GRWD1 depletion. Furthermore, we confirm interactions between circCDYL and RBPs in bladder cancer cells and demonstrate that circCDYL depletion affects hallmarks of cancer and perturbs the expression of key cancer genes, e.g. TP53 and MYC. Finally, we show that elevated levels of highly RBP-covered circRNAs, including circCDYL, are associated with overall survival of bladder cancer patients. Our study demonstrates transcriptome-wide and cell-type-specific circRNA-RBP interactions that could play important regulatory roles in tumorigenesis.