Background— Chronic heart failure is characterized by left ventricular remodeling and reactivation of a fetal gene program; the underlying mechanisms are only partly understood. Here we provide evidence that cardiac microRNAs, recently discovered key regulators of gene expression, contribute to the transcriptional changes observed in heart failure. Methods and Results— Cardiac transcriptome analyses revealed striking similarities between fetal and failing human heart tissue. Using microRNA arrays, we discovered profound alterations of microRNA expression in failing hearts. These changes closely mimicked the microRNA expression pattern observed in fetal cardiac tissue. Bioinformatic analysis demonstrated a striking concordance between regulated messenger RNA expression in heart failure and the presence of microRNA binding sites in the respective 3′ untranslated regions. Messenger RNAs upregulated in the failing heart contained preferentially binding sites for downregulated microRNAs and vice versa. Mechanistically, transfection of cardiomyocytes with a set of fetal microRNAs induced cellular hypertrophy as well as changes in gene expression comparable to the failing heart. Conclusions— Our data support a novel mode of regulation for the transcriptional changes in cardiac failure. Reactivation of a fetal microRNA program substantially contributes to alterations of gene expression in the failing human heart.

Epithelial–mesenchymal transitions (EMTs) are an essential manifestation of epithelial cell plasticity during morphogenesis, wound healing, and tumor progression. Transforming growth factor-β (TGF-β) modulates epithelial plasticity in these physiological contexts by inducing EMT. Here we report a transcriptome screen of genetic programs of TGF-β-induced EMT in human keratinocytes and propose functional roles for extracellular response kinase (ERK) mitogen-activated protein kinase signaling in cell motility and disruption of adherens junctions. We used DNA arrays of 16,580 human cDNAs to identify 728 known genes regulated by TGF-β within 4 hours after treatment. TGF-β-stimulated ERK signaling mediated regulation of 80 target genes not previously associated with this pathway. This subset is enriched for genes with defined roles in cell–matrix interactions, cell motility, and endocytosis. ERK-independent genetic programs underlying the onset of EMT involve key pathways and regulators of epithelial dedifferentiation, undifferentiated transitional and mesenchymal progenitor phenotypes, and mediators of cytoskeletal reorganization. The gene expression profiling approach delineates complex context-dependent signaling pathways and transcriptional events that determine epithelial cell plasticity controlled by TGF-β. Investigation of the identified pathways and genes will advance the understanding of molecular mechanisms that underlie tumor invasiveness and metastasis.

Stomata are pores on the leaf surface, bounded by two guard cells, which control the uptake of CO2 for photosynthesis and the concomitant loss of water vapor. In 1898, Francis Darwin [1Darwin F. Observations on stomata.Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 1898; 190: 531-621Crossref Google Scholar] showed that stomata close in response to reduced atmospheric relative humidity (rh); however, our understanding of the signaling pathway responsible for coupling changes in rh to alterations in stomatal aperture is fragmentary. The results presented here highlight the primacy of abscisic acid (ABA) in the stomatal response to drying air. We show that guard cells possess the entire ABA biosynthesis pathway and that it appears upregulated by positive feedback by ABA. When wild-type Arabidopsis and the ABA-deficient mutant aba3-1 were exposed to reductions in rh, the aba3-1 mutant wilted, whereas the wild-type did not. However, when aba3-1 plants, in which ABA synthesis had been specifically rescued in guard cells, were challenged with dry air, they did not wilt. These data indicate that guard cell-autonomous ABA synthesis is required for and is sufficient for stomatal closure in response to low rh. Guard cell-autonomous ABA synthesis allows the plant to tailor leaf gas exchange exquisitely to suit the prevailing environmental conditions.

Myocardial infarction leads to cardiac remodeling and development of heart failure. Insufficient myocardial capillary density after myocardial infarction has been identified as a critical event in this process, although the underlying mechanisms of cardiac angiogenesis are mechanistically not well understood.Here, we show that the small noncoding RNA microRNA-24 (miR-24) is enriched in cardiac endothelial cells and considerably upregulated after cardiac ischemia. MiR-24 induces endothelial cell apoptosis, abolishes endothelial capillary network formation on Matrigel, and inhibits cell sprouting from endothelial spheroids. These effects are mediated through targeting of the endothelium-enriched transcription factor GATA2 and the p21-activated kinase PAK4, which were identified by bioinformatic predictions and validated by luciferase gene reporter assays. Respective downstream signaling cascades involving phosphorylated BAD (Bcl-XL/Bcl-2-associated death promoter) and Sirtuin1 were identified by transcriptome, protein arrays, and chromatin immunoprecipitation analyses. Overexpression of miR-24 or silencing of its targets significantly impaired angiogenesis in zebrafish embryos. Blocking of endothelial miR-24 limited myocardial infarct size of mice via prevention of endothelial apoptosis and enhancement of vascularity, which led to preserved cardiac function and survival.Our findings indicate that miR-24 acts as a critical regulator of endothelial cell apoptosis and angiogenesis and is suitable for therapeutic intervention in the setting of ischemic heart disease.

Abstract Sturgeons seem to be frozen in time. The archaic characteristics of this ancient fish lineage place it in a key phylogenetic position at the base of the ~30,000 modern teleost fish species. Moreover, sturgeons are notoriously polyploid, providing unique opportunities to investigate the evolution of polyploid genomes. We assembled a high-quality chromosome-level reference genome for the sterlet, Acipenser ruthenus . Our analysis revealed a very low protein evolution rate that is at least as slow as in other deep branches of the vertebrate tree, such as that of the coelacanth. We uncovered a whole-genome duplication that occurred in the Jurassic, early in the evolution of the entire sturgeon lineage. Following this polyploidization, the rediploidization of the genome included the loss of whole chromosomes in a segmental deduplication process. While known adaptive processes helped conserve a high degree of structural and functional tetraploidy over more than 180 million years, the reduction of redundancy of the polyploid genome seems to have been remarkably random.

ABSTRACT The study of sex determination and sex chromosome organisation in non-model species has long been technically challenging, but new sequencing methodologies are now enabling precise and high-throughput identification of sex-specific genomic sequences. In particular, Restriction Site-Associated DNA Sequencing (RAD-Seq) is being extensively applied to explore sex determination systems in many plant and animal species. However, software designed to specifically search for sex-biased markers using RAD-Seq data is lacking. Here, we present RADSex, a computational analysis workflow designed to study the genetic basis of sex determination using RAD-Seq data. RADSex is simple to use, requires few computational resources, makes no prior assumptions about type of sex-determination system or structure of the sex locus, and offers convenient visualization through a dedicated R package. To demonstrate the functionality of RADSex, we re-analyzed a published dataset of Japanese medaka, Oryzias latipes , where we uncovered a previously unknown Y chromosome polymorphism. We then used RADSex to analyze new RAD-Seq datasets from 15 fish species spanning multiple systematic orders. We identified the sex determination system and sex-specific markers in six of these species, five of which had no known sex-markers prior to this study. We show that RADSex greatly facilitates the study of sex determination systems in non-model species and outperforms the commonly used RAD-Seq analysis software STACKS. RADSex in speed, resource usage, ease of application, and visualization options. Furthermore, our analysis of new datasets from 15 species provides new insights on sex determination in fish.

Abstract Sexual selection results in sex-specific characters like the conspicuously pigmented extension of the ventral tip of the caudal fin - the “sword” - in males of several species of Xiphophorus fishes. To uncover the genetic architecture underlying sword formation and to identify genes that are associated with its development, we characterized the sword transcriptional profile and combined it with genetic mapping approaches. Results showed that the male ornament of swordtails develops from a sexually non-dimorphic prepattern of transcription factors in the caudal fin. Among genes that constitute the exclusive sword transcriptome only two are located in the genomic region associated with this trait; the chaperone, fkbp9, and the potassium channel, kcnh8 that in addition to its neural function performs a role known to affect fin growth. This indicates that during evolution of swordtails a brain gene has been recruited for an additional function in establishing a male ornament.

ABSTRACT YAP, the key protein effector of the Hippo pathway, is a transcriptional co-activator that controls the expression of cell cycle genes, promotes cell growth and proliferation and regulates organ size. YAP modulates gene transcription by binding to distal enhancers, but the mechanisms of gene regulation by YAP-bound enhancers remain poorly understood. Here we show that constitute active YAP5SA leads to widespread changes in chromatin accessibility in untransformed MCF10A cells. Newly accessible regions include YAP-bound enhancers that mediate activation of cycle genes regulated by the Myb-MuvB (MMB) complex. By CRISPR-interference we identify a role for YAP-bound enhancers in phosphorylation of Pol II at Ser5 at MMB-regulated promoters, extending previously published studies that suggested YAP primarily regulates the pause-release step and transcriptional elongation. YAP5SA also leads to less accessible “closed” chromatin regions, which are not directly YAP-bound but which contain binding motifs for the p53 family of transcription factors. Diminished accessibility at these regions is, at least in part, a consequence of reduced expression and chromatin-binding of the p53 family member ΔNp63 resulting in downregulation of ΔNp63-target genes and promoting YAP-mediated cell migration. In summary, our studies uncover changes in chromatin accessibility and activity that contribute to the oncogenic activities of YAP.