Most of the mammalian genome is transcribed. This generates a vast repertoire of transcripts that includes protein-coding messenger RNAs, long non-coding RNAs (lncRNAs) and repetitive sequences, such as SINEs (short interspersed nuclear elements). A large percentage of ncRNAs are nuclear-enriched with unknown function. Antisense lncRNAs may form sense-antisense pairs by pairing with a protein-coding gene on the opposite strand to regulate epigenetic silencing, transcription and mRNA stability. Here we identify a nuclear-enriched lncRNA antisense to mouse ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (Uchl1), a gene involved in brain function and neurodegenerative diseases. Antisense Uchl1 increases UCHL1 protein synthesis at a post-transcriptional level, hereby identifying a new functional class of lncRNAs. Antisense Uchl1 activity depends on the presence of a 5' overlapping sequence and an embedded inverted SINEB2 element. These features are shared by other natural antisense transcripts and can confer regulatory activity to an artificial antisense to green fluorescent protein. Antisense Uchl1 function is under the control of stress signalling pathways, as mTORC1 inhibition by rapamycin causes an increase in UCHL1 protein that is associated to the shuttling of antisense Uchl1 RNA from the nucleus to the cytoplasm. Antisense Uchl1 RNA is then required for the association of the overlapping sense protein-coding mRNA to active polysomes for translation. These data reveal another layer of gene expression control at the post-transcriptional level.

ABSTRACT Alternative splicing (AS) appears to be altered in Huntington’s disease (HD), but its significance for early, pre-symptomatic disease stages has not been inspected. Here, taking advantage of Htt CAG knock-in mouse in vitro and in vivo models, we demonstrate a strong correlation between Htt CAG repeat length and increased aberrant linear AS, specifically affecting neural progenitors and, in vivo, the striatum prior to overt behavioral phenotypes stages. Remarkably, expanded Htt CAG repeats reflect on a previously neglected, global impairment of back-splicing, leading to decreased circular RNAs production in neural progenitors. Though the mechanisms of this dysregulation remain uncertain, our study unveils network of transcriptionally altered micro-RNAs and RNA-binding proteins (CELF, hnRNPS, PTBP, SRSF) which, in turn, might influence the AS machinery, primarily in neural cells. We suggest that this unbalanced expression of linear and circular RNAs might result in altered neural fitness, contributing to HD striatal vulnerability.

Rare individuals with hypomorphic inactivating mutations in the Huntington’s Disease (HD) gene (HTT), identified by CAG repeat expansion in the eponymous neurodegenerative disorder, exhibit variable abnormalities that imply HTT essential roles during organ development. Here we report phenotypes produced when increasingly severe hypomorphic mutations in Htt, the murine HTT orthologue (in HdhneoQ20, HdhneoQ50, HdhneoQ111 mice), were placed over a null allele (Hdhex4/5). The most severe hypomorphic allele failed to rescue null lethality at gastrulation, while the intermediate alleles yielded perinatal lethality and a variety of fetal abnormalities affecting body size, skin, skeletal and ear formation, and transient defects in hematopoiesis. Comparative molecular analysis of wild-type and Htt-null retinoic acid-differentiated cells revealed gene network dysregulation associated with organ development and proposed polycomb repressive complexes and miRNAs as molecular mediators. Together these findings demonstrate that the HD gene acts both pre- and post-gastrulation and possibly suggest pleiotropic consequences of HTT-lowering therapeutic strategies.

Disruptive mutations in the chromodomain helicase DNA binding protein 8 (CHD8) have been recurrently associated with Autism Spectrum Disorders (ASD). In normal cellular physiology, CHD8 co-purifies with MLL1 and MOF transcriptional activation complex, with elongating RNAPII and directly binds to DNA promoters and enhancers regions, thus a regulatory role in transcriptional initiation and elongation could be postulated. Here we investigated how chromatin landscape reacts to CHD8 suppression by analyzing a panel of histone modifications in induced pluripotent stem cell-derived neural progenitors. We interrogated transcriptionally active and repressed regions, as well as active and poised enhancers. CHD8 suppression led to significant reduction (47.82%) in histone H3K36me3 peaks at gene bodies, particularly impacting on transcriptional elongation chromatin states. H3K36me3 reduction specifically affects highly expressed, CHD8-bound genes. Histone H3K36me3 reduction associated to CHD8-suppression does not functionally impact on global transcriptional levels, but correlated with altered alternative splicing patterns of ~ 2000 protein coding genes implicated in 'RNA splicing', 'mitotic cell cycle phase transition' and 'mRNA processing', especially affecting alternative first exon and exon skipping events. In summary, our results point toward broad molecular consequences of CHD8 suppression, implicating altered histone deposition/maintenance and RNA processing regulation as important regulatory processes in ASD.

Circular RNA (circRNA) molecules have critical functions during brain development and in brain-related disorders.Here, we identified and validated a circRNA, circHTT (2,3,4,5,6), stemming from the Huntington's disease (HD) gene locus that is most abundant in the central nervous system (CNS).We uncovered its evolutionary conservation in diverse mammalian species, and a correlation between circHTT(2,3,4,5,6) levels and the length of the CAG-repeat tract in exon-1 of HTT in human and mouse HD model systems.The mouse orthologue, circHtt (2,3,4,5,6), is expressed during embryogenesis, increases during nervous system development, and is aberrantly upregulated in the presence of the expanded CAG tract.While an IRES-like motif was predicted in circHTT (2,3,4,5,6), the circRNA does not appear to be translated in adult mouse brain tissue.Nonetheless, a modest, but consistent fraction of circHtt(2,3,4,5,6) associates with the 40S ribosomal subunit, suggesting a possible role in the regulation of protein translation.Finally, circHtt(2,3,4,5,6) overexpression experiments in HD-relevant STHdh striatal cells revealed its ability to modulate CAG expansion-driven cellular defects in cell-to-substrate adhesion, thus uncovering an unconventional modifier of HD pathology.