Intron retention (IR) is widely recognized as a consequence of mis-splicing that leads to failed excision of intronic sequences from pre-messenger RNAs. Our bioinformatic analyses of transcriptomic and proteomic data of normal white blood cell differentiation reveal IR as a physiological mechanism of gene expression control. IR regulates the expression of 86 functionally related genes, including those that determine the nuclear shape that is unique to granulocytes. Retention of introns in specific genes is associated with downregulation of splicing factors and higher GC content. IR, conserved between human and mouse, led to reduced mRNA and protein levels by triggering the nonsense-mediated decay (NMD) pathway. In contrast to the prevalent view that NMD is limited to mRNAs encoding aberrant proteins, our data establish that IR coupled with NMD is a conserved mechanism in normal granulopoiesis. Physiological IR may provide an energetically favorable level of dynamic gene expression control prior to sustained gene translation.

ABSTRACT Changes in gene regulation and expression govern orderly transitions from hematopoietic stem cells to terminally differentiated blood cell types. These transitions are disrupted during leukemic transformation but knowledge of the gene regulatory changes underpinning this process is elusive. We hypothesised that identifying core gene regulatory networks in healthy hematopoietic and leukemic cells could provide insights into network alterations that perturb cell state transitions. A heptad of transcription factors (LYL1, TAL1, LMO2, FLI1, ERG, GATA2, RUNX1) bind key hematopoietic genes in human CD34+ haematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) and have prognostic significance in acute myeloid leukemia (AML). These factors also form a densely interconnected circuit by binding combinatorially at their own, and each other’s, regulatory elements. However, their mutual regulation during normal haematopoiesis and in AML cells, and how perturbation of their expression levels influences cell fate decisions remains unclear. Here, we integrated bulk and single cell data and found that the fully connected heptad circuit identified in healthy HSPCs persists with only minor alterations in AML, and that chromatin accessibility at key heptad regulatory elements was predictive of cell identity in both healthy progenitors and in leukemic cells. The heptad factors GATA2, TAL1 and ERG formed an integrated sub-circuit that regulates stem cell to erythroid transition in both healthy and leukemic cells. Components of this triad could be manipulated to facilitate erythroid transition providing a proof of concept that such regulatory circuits could be harnessed to promote specific cell type transitions and overcome dysregulated haematopoiesis.

Abstract Due to its decade‐long progression, colorectal cancer (CRC) is most suitable for population screening to achieve a significant reduction in its incidence and mortality. DNA methylation has emerged as a potential marker for the early detection of CRC. However, the current mainstream methylation detection method represented by bisulfite conversion has issues such as tedious operation, DNA damage, and unsatisfactory sensitivity. Herein, a new high‐performance CRC screening tool based on the promising specific terminal‐mediated polymerase chain reaction (STEM‐PCR) strategy is developed. CRC‐related methylation‐specific candidate CpG sites are first prescreened through The Cancer Genome Atlas (TCGA) and Gene Expression Omnibus (GEO) databases using self‐developed bioinformatics. Next, 9 homebrew colorectal cancer DNA methylated STEM‒PCR assays (ColoC‐mSTEM) with high sensitivity (0.1%) and high specificity are established to identify candidate sites. The clinical diagnostic performance of these selected methylation sites is confirmed and validated by a case‐control study. The optimized diagnostic model has an overall sensitivity of 94.8% and a specificity of 95.0% for detecting early‐stage CRC. Taken together, ColoC‐mSTEM, based on a single methylation‐specific site, is a promising diagnostic approach for the early detection of CRC which is perfectly suitable for the screening needs of CRC in primary healthcare institutions.

Abstract Mouse hematopoietic stem cells (HSCs) first emerge at embryonic day 10.5 (E10.5) on the ventral surface of the dorsal aorta, by endothelial-to-hematopoietic transition (EHT). We investigated whether cells with mesenchymal stem cell-like activity, which provide an essential niche for long-term HSCs (LT-HSCs) in the bone marrow, reside in the aorta- gonad-mesonephros (AGM) and contribute to the structural development of the dorsal aorta and EHT. Using transgenic mice, we demonstrate a lineage hierarchy for AGM stromal cells and traced the E10.5/E11.5 aortic endothelium and HSCs to mesoderm derived ( Mesp1 ) PDGFRA + stromal cells ( Mesp1 der PSCs). Mesp1 der PSCs dominate the sub-endothelial and ventral stroma in the E10.5–E11.5 AGM but by E13.5 were replaced by neural crest ( Wnt1 ) derived PDGFRA + stromal cells ( Wnt1 der PSCs). Co-aggregating non-hemogenic embryonic and adult endothelial cells with Mesp1 der PSCs but not with Wnt1 der PSCs resulted in activation of a hematopoietic transcriptional program in endothelial cells accompanied by EHT and generation of LT-HSCs. Dose-dependent inhibition of PDGFRA signalling or BMP, WNT, NOTCH signalling interrupted this reprogramming event. This partnership between endothelial cells and AGM Mesp1 der PSCs could potentially be harnessed to manufacture LT-HSCs from endothelium.

Summary Hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) rely on a complex interplay of transcription factors (TFs) to regulate differentiation into mature blood cells. A heptad of TFs - FLI1, ERG, GATA2, RUNX1, TAL1, LYL1, LMO2 - bind regulatory elements in bulk CD34+ HSPCs. However, whether specific heptad-TF combinations have distinct roles in regulating hematopoietic differentiation remained unknown. We mapped genome-wide chromatin contacts and TF binding profiles in HSPC subsets (HSC, CMP, GMP, MEP) and found that heptad occupancy and enhancer-promoter interactions varied significantly across cell types and were associated with cell-type-specific gene expression. Distinct regulatory elements were enriched with specific heptad-TF combinations, including stem-cell-specific elements with ERG, and myeloid- and erythroid-specific elements with combinations of FLI1, RUNX1, GATA2, TAL1, LYL1, and LMO2. These findings suggest that specific heptad-TF combinations play critical roles in regulating hematopoietic differentiation and provide a valuable resource for development of targeted therapies to manipulate specific HSPC subsets.

•This study comprehensively characterized the genomic and immunological signatures of the SWI/SNF complex mutations in NSCLC.•Immunotherapy provides remarkable survival benefits compared with chemotherapy for SWI/SNFmut patients with advanced NSCLC.•SWI/SNF-mutant NSCLC is frequently characterized by high tumor mutational burden and concurrent TP53 or STK11/KEAP mutations.•TP53 and STK11/KEAP1 mutations could be stratification factors to facilitate personalized immunotherapy in SWI/SNFmut NSCLC. BackgroundSWItch/Sucrose NonFermentable (SWI/SNF) mutations have garnered increasing attention because of their association with unfavorable prognosis. However, the genetic landscape of SWI/SNF family mutations in Chinese non-small-cell lung cancer (NSCLC) is poorly understood. In addition, the optimal treatment strategy has not yet been determined.Patients and methodsWe collected sequencing data on 2027 lung tumor samples from multiple centers in China to comprehensively analyze the genomic characteristics of the SWI/SNF family within the Chinese NSCLC population. Meanwhile, 519 patients with NSCLC from Sun Yat-sen University Cancer Center were enrolled to investigate the potential implications of immunotherapy on patients with SWI/SNF mutations and to identify beneficial subpopulations. We also validated our findings in multiple publicly available cohorts.ResultsApproximately 15% of Chinese patients with lung cancer harbored mutations in the SWI/SNF chromatin remodeling complex, which were mutually exclusive to the EGFR mutations. Patients with SWI/SNFmut NSCLC who received first-line chemoimmunotherapy had better survival outcomes than those who received chemotherapy alone (median progression-free survival: 8.70 versus 6.93 months; P = 0.028). This finding was also confirmed by external validation using the POPLAR/OAK cohort. SWI/SNFmut NSCLC is frequently characterized by high tumor mutational burden and concurrent TP53 or STK11/KEAP mutations. Further analysis indicated that TP53 and STK11/KEAP1 mutations could be stratifying factors in facilitating personalized immunotherapy and guiding patient selection.ConclusionsThis study provides a step forward in understanding the genetic and immunological characterization of SWI/SNF genetic alterations. Moreover, our study reveals substantial benefits of immunotherapy over chemotherapy for SWI/SNF-mutant patients, especially the SWI/SNFmut and TP53mut subgroups. SWItch/Sucrose NonFermentable (SWI/SNF) mutations have garnered increasing attention because of their association with unfavorable prognosis. However, the genetic landscape of SWI/SNF family mutations in Chinese non-small-cell lung cancer (NSCLC) is poorly understood. In addition, the optimal treatment strategy has not yet been determined. We collected sequencing data on 2027 lung tumor samples from multiple centers in China to comprehensively analyze the genomic characteristics of the SWI/SNF family within the Chinese NSCLC population. Meanwhile, 519 patients with NSCLC from Sun Yat-sen University Cancer Center were enrolled to investigate the potential implications of immunotherapy on patients with SWI/SNF mutations and to identify beneficial subpopulations. We also validated our findings in multiple publicly available cohorts. Approximately 15% of Chinese patients with lung cancer harbored mutations in the SWI/SNF chromatin remodeling complex, which were mutually exclusive to the EGFR mutations. Patients with SWI/SNFmut NSCLC who received first-line chemoimmunotherapy had better survival outcomes than those who received chemotherapy alone (median progression-free survival: 8.70 versus 6.93 months; P = 0.028). This finding was also confirmed by external validation using the POPLAR/OAK cohort. SWI/SNFmut NSCLC is frequently characterized by high tumor mutational burden and concurrent TP53 or STK11/KEAP mutations. Further analysis indicated that TP53 and STK11/KEAP1 mutations could be stratifying factors in facilitating personalized immunotherapy and guiding patient selection. This study provides a step forward in understanding the genetic and immunological characterization of SWI/SNF genetic alterations. Moreover, our study reveals substantial benefits of immunotherapy over chemotherapy for SWI/SNF-mutant patients, especially the SWI/SNFmut and TP53mut subgroups.