ABSTRACT Opioid dependence is a highly heterogeneous disease driven by a variety of genetic and environmental risk factors which have yet to be fully elucidated. We interrogated the effects of opioid dependence on the brain using ChIP-seq to quantify patterns of H3K27 acetylation in dorsolateral prefrontal cortical neurons isolated from 51 opioid-overdose cases and 51 accidental death controls. Among opioid cases, we observed global hypoacetylation and identified 388 putative enhancers consistently depleted for H3K27ac. Machine learning on H3K27ac patterns predicts case-control status with high accuracy. We focus on case-specific regulatory alterations, revealing 81,399 hypoacetylation events, uncovering vast inter-patient heterogeneity. We developed a strategy to decode this heterogeneity based on convergence analysis, which leveraged promoter-capture Hi-C to identify five genes over-burdened by alterations in their regulatory network or “plexus”: ASTN2, KCNMA1, DUSP4, GABBR2, ENOX1 . These convergent loci are enriched for opioid use disorder risk genes and heritability for generalized anxiety, number of sexual partners, and years of education. Overall, our multi-pronged approach uncovers neurobiological aspects of opioid dependence and captures genetic and environmental factors perpetuating the opioid epidemic.

Abstract The metastasis-invasion cascade describes the series of steps required for a cancer cell to successfully spread from its primary tumor and ultimately grow within a secondary organ. Despite metastasis being a dynamic, multistep process, most omics studies to date have focused on comparing primary tumors to the metastatic deposits that define end-stage disease. This static approach means we lack information about the genomic and epigenomic changes that occur during the majority of tumor progression. One particularly understudied phase of tumor progression is metastatic colonization, during which cells must adapt to the new microenvironment of the secondary organ. Through temporal profiling of chromatin accessibility and gene expression in vivo , we identify dynamic changes in the epigenome that occur as osteosarcoma tumors form and grow within the lung microenvironment. Furthermore, we show through paired in vivo and in vitro CRISPR drop-out screens and pharmacological validation that the upstream transcription factors represent a class of metastasis-specific dependency genes. While current models depict lung colonization as a discrete step within the metastatic cascade, our study shows it is a defined trajectory through multiple epigenetic states, revealing new therapeutic opportunities undetectable with standard approaches.

Abstract Transposable elements become increasingly active in both cancerous and aging cells, driven by loss of DNA methylation as cells divide. Here we leverage the epigenomes of colon cancers with matched adjacent tissue, in addition to non-cancerous normals and cell line models, to assess the role of transposable elements as drivers or passengers in cancer development. Using the baseline of activity from normal and adjacent tissue, we show that the youngest subfamilies of the LINE1 (L1) family exhibit a degree of activity and recurrence across patients that goes beyond what is expected from hypomethylation and cell division, suggesting an additional mechanism of oncogenic reactivation. We characterize this mechanism and find that the loss of the tumor suppressor PLZF drives young L1 reactivation in a cell-division-independent manner. PLZF de-repression exposes abundant motifs for tumor core factors in the L1 5’UTR. Active young L1s act as oncogenic enhancers, interacting with oncogenes via gained chromatin loops. We uncover oncogenic L1 reactivation as a hallmark of colon cancer, where young L1s activate universally in our cohort at high levels of recurrence, act as enhancers to oncogenes, and become wired into the core regulatory circuitry of colon cancer.

Abstract Increased myeloid-derived suppressor cell (MDSC) frequency is associated with worse outcomes and poor therapeutic response in glioblastoma (GBM). Monocytic (m) MDSCs represent the predominant subset in the GBM microenvironment. However, the molecular basis of mMDSC enrichment in the tumor microenvironment compared to granulocytic (g) MDSCs has yet to be determined. Here, we report that mMDSCs and gMDSCs display differences in their tumoraccelerating ability, with mMDSCs driving tumor growth in GBM models. Epigenetic assessments indicate enhanced gene accessibility for cell adhesion programs in mMDSCs and higher cellsurface integrin expression in mouse and human mMDSCs. Integrin β1 blockage abrogated the tumor-promoting phenotype of mMDSCs and altered the immune profile in the tumor microenvironment. These findings suggest that integrin β1 expression underlies the enrichment of mMDSCs in tumors and represents a putative immunotherapy target to attenuate myeloid cell-driven immune suppression in GBM. Summary Myeloid-derived suppressor cells (MDSCs) drive glioblastoma growth; however, the function of specific MDSCs subsets is unclear. Bayik et al. demonstrate that adhesion programs are enhanced in monocytic MDSCs and responsible for their GBM-promoting function.