Alternative polyadenylation (APA) is a major layer of gene regulation. However, it has recently been argued that most APA represents molecular noise. To clarify their functional relevance and evolution, we quantified allele-specific APA patterns in multiple tissues from an F1 hybrid mouse. We found a clearly negative correlation between gene expression and APA diversity for the 2,866 genes (24.9%) with a dominant polyadenylation site (PAS) usage above or equal to 90%, suggesting that their other PASs represent molecular errors. Among the remaining genes with multiple PASs, 3,971 genes (34.5%) express two or more isoforms with potentially functional importance. Interestingly, the genes with potentially functional minor PASs specific to neuronal tissues often express two APA isoforms with distinct subcellular localizations. Furthermore, our analysis of cis-APA divergence shows its pattern across tissues is distinct from that of gene expression. Finally, we demonstrate that the relative usage of alternative PASs is not only affected by their cis-regulatory elements, but also by potential coupling between transcriptional and APA regulation as well as competition kinetics between alternative sites.

Abstract Differences in gene expression, which can arise from divergence in cis -regulatory elements or alterations in transcription factors binding specificity, are one of the most important causes of phenotypic diversity during evolution. By protein sequence analysis, we observed high sequence conservation in the DNA binding domain (DBD) of the transcription factor Cdx2 across many vertebrates, whereas three amino acid changes were exclusively found in mouse Cdx2 (mCdx2), suggesting potential positive selection in the mouse lineage. Multi-omics analyses were then carried out to investigate the effects of these changes. Surprisingly, there were no significant functional differences between mCdx2 and its rat homologue (rCdx2), and none of the three amino acid changes had any impact on its function. Finally, we used rat-mouse allodiploid embryonic stem cells (RMES) to study the cis effects of Cdx2-mediated gene regulation between the two rodents. Interestingly, whereas Cdx2 binding is largely divergent between mouse and rat, the transcriptional effect induced by Cdx2 is conserved to a much larger extent. Author summary Our study 1) represented a first systematic analysis of species-specific adaptation in DNA binding pattern of transcription factor. Although the mouse-specific amino acid changes did not manifest functional impact in our system, several explanations may account for it (See Discussion part for the detail); 2) represented a first study of cis-regulation between two reproductively isolated species by using a novel allodiploid system; 3) demonstrated a higher conservation of transcriptional output than that of DNA binding, suggesting the evolvability/plasticity of the latter; 4) finally provided a rich data resource for Cdx2 mediated regulation, including gene expression, chromatin accessibility and DNA binding etc.

Colorectal cancer exhibits a notable prevalence and propensity for metastasis, but the current therapeutic interventions for metastatic colorectal cancer have yielded suboptimal results. ICIs can decrease tumor development by preventing the tumor's immune evasion, presenting cancer patients with a new treatment alternative. The increased use of immune checkpoint inhibitors (ICIs) in CRC has brought several issues. In particular, ICIs have demonstrated significant clinical effectiveness in patients with MSI-H CRC, whereas their efficacy is limited in MSS. Acquired resistance can still occur in patients with a positive response to ICIs. This paper describes the efficacy of ICIs currently in the clinical treatment of CRC, discusses the mechanisms by which acquired resistance occurs, primarily related to loss and impaired presentation of tumor antigens, reduced response of IFN-λ and cytokine or metabolic dysregulation, and summarizes the incidence of adverse effects. We posit that the future of ICIs hinges upon the advancement of precise prediction biomarkers and the implementation of combination therapies. This study aims to elucidate the constraints associated with ICIs in CRC and foster targeted problem-solving approaches, thereby enhancing the potential benefits for more patients.

CRISPR/Cas-based transcriptional activators can be enhanced by intrinsically disordered regions (IDRs). However, the underlying mechanisms are still debatable. Here, we examine 12 well-known IDRs by fusing them to the dCas9-VP64 activator, of which only seven can augment activation, albeit independently of their phase separation capabilities. Moreover, modular domains (MDs), another class of multivalent molecules, though ineffective in enhancing dCas9-VP64 activity on their own, show substantial enhancement in transcriptional activation when combined with dCas9-VP64-IDR. By varying the number of gRNA binding sites and fusing dCas9-VP64 with different IDRs/MDs, we uncover that optimal, rather than maximal, cis-trans cooperativity enables the most robust activation. Finally, targeting promoter-enhancer pairs yields synergistic effects, which can be further amplified via enhancing chromatin interactions. Overall, our study develops a versatile platform for efficient gene activation and sheds important insights into CRIPSR-based transcriptional activators enhanced with multivalent molecules. Multivalent interactions are crucial in transcriptional regulation. Here, by integrating specific multivalent molecules into dCas9-based activators, the authors provide valuable strategies to refine CRISPRa applications and achieve highly efficient gene transcription.

Abstract Sample multiplexing facilitates single cell sequencing by reducing costs, revealing subtle difference between similar samples, and identifying artifacts such as cell doublets. However, universal and cost-effective strategies are rather limited. Here, we reported a Concanavalin A-based Sample Barcoding strategy (CASB), which could be followed by both single-cell mRNA and ATAC (assay for transposase accessible chromatin) sequencing techniques. The method involves minimal sample processing, thereby preserving intact transcriptomic or epigenomic patterns. We demonstrated its high labeling efficiency, high accuracy in assigning cells/nuclei to samples regardless of cell type and genetic background, as well as high sensitivity in detecting doublets by two applications: 1) CASB followed by scRNA-seq to track the transcriptomic dynamics of a cancer cell line perturbed by multiple drugs, which revealed compound-specific heterogeneous response; 2) CASB together with both snATAC-seq and scRNA-seq to illustrate the IFN-γ-mediated dynamic changes on epigenome and transcriptome profile, which identified the transcription factor underlying heterogeneous IFN-γ response.