The Pacific oyster Crassostrea gigas belongs to one of the most species-rich but genomically poorly explored phyla, the Mollusca. Here we report the sequencing and assembly of the oyster genome using short reads and a fosmid-pooling strategy, along with transcriptomes of development and stress response and the proteome of the shell. The oyster genome is highly polymorphic and rich in repetitive sequences, with some transposable elements still actively shaping variation. Transcriptome studies reveal an extensive set of genes responding to environmental stress. The expansion of genes coding for heat shock protein 70 and inhibitors of apoptosis is probably central to the oyster’s adaptation to sessile life in the highly stressful intertidal zone. Our analyses also show that shell formation in molluscs is more complex than currently understood and involves extensive participation of cells and their exosomes. The oyster genome sequence fills a void in our understanding of the Lophotrochozoa. The sequencing and assembly of the highly polymorphic oyster genome through a combination of short reads and fosmid pooling, complemented with extensive transcriptome analysis of development and stress response and proteome analysis of the shell, provides new insight into oyster biology and adaptation to a highly changeable environment. Oysters are keystone species in estuarine ecology and among the most important aquaculture species worldwide. The sequencing and assembly of the genome of the Pacific oyster, Crassostrea gigas, are now reported. Comparisons with other genomes reveal an expansion of defence genes as an adaptation to life as a sessile species in the intertidal zone, a surprisingly complex pathway for shell formation and dramatic evolution of genes related to larval development, highlighting their adaptive significance for marine invertebrates.

Activation of telomere maintenance mechanisms—caused by novel somatic rearrangements of TERT, by MYCN amplification, or ATRX mutations—is a hallmark of high-risk neuroblastomas. About half of individuals with neuroblastomas — paediatric tumours of the sympathetic nervous system — are at high risk of poor clinical outcomes. These authors sequence 39 such neuroblastoma tumours, along with 17 low-risk types, and find that about one-quarter of the former have rearrangements near the telomerase reverse transcriptase (TERT) gene that are absent in the latter. TERT-rearranged neuroblastoma cell lines had higher levels of enzymatic telomerase activity than those lacking such rearrangements. These findings suggest that further development of inhibitors of the protein telomerase may lead to a novel therapeutic option for the most aggressive subgroup of this disease. Neuroblastoma is a malignant paediatric tumour of the sympathetic nervous system1. Roughly half of these tumours regress spontaneously or are cured by limited therapy. By contrast, high-risk neuroblastomas have an unfavourable clinical course despite intensive multimodal treatment, and their molecular basis has remained largely elusive2,3,4. Here we have performed whole-genome sequencing of 56 neuroblastomas (high-risk, n = 39; low-risk, n = 17) and discovered recurrent genomic rearrangements affecting a chromosomal region at 5p15.33 proximal of the telomerase reverse transcriptase gene (TERT). These rearrangements occurred only in high-risk neuroblastomas (12/39, 31%) in a mutually exclusive fashion with MYCN amplifications and ATRX mutations, which are known genetic events in this tumour type1,2,5. In an extended case series (n = 217), TERT rearrangements defined a subgroup of high-risk tumours with particularly poor outcome. Despite a large structural diversity of these rearrangements, they all induced massive transcriptional upregulation of TERT. In the remaining high-risk tumours, TERT expression was also elevated in MYCN-amplified tumours, whereas alternative lengthening of telomeres was present in neuroblastomas without TERT or MYCN alterations, suggesting that telomere lengthening represents a central mechanism defining this subtype. The 5p15.33 rearrangements juxtapose the TERT coding sequence to strong enhancer elements, resulting in massive chromatin remodelling and DNA methylation of the affected region. Supporting a functional role of TERT, neuroblastoma cell lines bearing rearrangements or amplified MYCN exhibited both upregulated TERT expression and enzymatic telomerase activity. In summary, our findings show that remodelling of the genomic context abrogates transcriptional silencing of TERT in high-risk neuroblastoma and places telomerase activation in the centre of transformation in a large fraction of these tumours.

Background With the advent of second-generation sequencing, the expression of gene transcripts can be digitally measured with high accuracy. The purpose of this study was to systematically profile the expression of both mRNA and miRNA genes in clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) using massively parallel sequencing technology. Methodology The expression of mRNAs and miRNAs were analyzed in tumor tissues and matched normal adjacent tissues obtained from 10 ccRCC patients without distant metastases. In a prevalence screen, some of the most interesting results were validated in a large cohort of ccRCC patients. Principal Findings A total of 404 miRNAs and 9,799 mRNAs were detected to be differentially expressed in the 10 ccRCC patients. We also identified 56 novel miRNA candidates in at least two samples. In addition to confirming that canonical cancer genes and miRNAs (including VEGFA, DUSP9 and ERBB4; miR-210, miR-184 and miR-206) play pivotal roles in ccRCC development, promising novel candidates (such as PNCK and miR-122) without previous annotation in ccRCC carcinogenesis were also discovered in this study. Pathways controlling cell fates (e.g., cell cycle and apoptosis pathways) and cell communication (e.g., focal adhesion and ECM-receptor interaction) were found to be significantly more likely to be disrupted in ccRCC. Additionally, the results of the prevalence screen revealed that the expression of a miRNA gene cluster located on Xq27.3 was consistently downregulated in at least 76.7% of ∼50 ccRCC patients. Conclusions Our study provided a two-dimensional map of the mRNA and miRNA expression profiles of ccRCC using deep sequencing technology. Our results indicate that the phenotypic status of ccRCC is characterized by a loss of normal renal function, downregulation of metabolic genes, and upregulation of many signal transduction genes in key pathways. Furthermore, it can be concluded that downregulation of miRNA genes clustered on Xq27.3 is associated with ccRCC.

Sites where RNA editing occurs can be found using RNA-Seq, but false positives confound the data analysis. Peng et al. describe algorithms for accurately calling editing events, and apply them to identify ~22,600 events, mostly A→G changes, in a human transcriptome. RNA editing is a post-transcriptional event that recodes hereditary information. Here we describe a comprehensive profile of the RNA editome of a male Han Chinese individual based on analysis of ∼767 million sequencing reads from poly(A)+, poly(A)− and small RNA samples. We developed a computational pipeline that carefully controls for false positives while calling RNA editing events from genome and whole-transcriptome data of the same individual. We identified 22,688 RNA editing events in noncoding genes and introns, untranslated regions and coding sequences of protein-coding genes. Most changes (∼93%) converted A to I(G), consistent with known editing mechanisms based on adenosine deaminase acting on RNA (ADAR). We also found evidence of other types of nucleotide changes; however, these were validated at lower rates. We found 44 editing sites in microRNAs (miRNAs), suggesting a potential link between RNA editing and miRNA-mediated regulation. Our approach facilitates large-scale studies to profile and compare editomes across a wide range of samples.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most deadly cancers worldwide and has no effective treatment, yet the molecular basis of hepatocarcinogenesis remains largely unknown. Here we report findings from a whole-genome sequencing (WGS) study of 88 matched HCC tumor/normal pairs, 81 of which are Hepatitis B virus (HBV) positive, seeking to identify genetically altered genes and pathways implicated in HBV-associated HCC. We find beta-catenin to be the most frequently mutated oncogene (15.9%) and TP53 the most frequently mutated tumor suppressor (35.2%). The Wnt/beta-catenin and JAK/STAT pathways, altered in 62.5% and 45.5% of cases, respectively, are likely to act as two major oncogenic drivers in HCC. This study also identifies several prevalent and potentially actionable mutations, including activating mutations of Janus kinase 1 ( JAK1 ), in 9.1% of patients and provides a path toward therapeutic intervention of the disease.

There are remarkable disparities among patients of different races with prostate cancer; however, the mechanism underlying this difference remains unclear. Here, we present a comprehensive landscape of the transcriptome profiles of 14 primary prostate cancers and their paired normal counterparts from the Chinese population using RNA-seq, revealing tremendous diversity across prostate cancer transcriptomes with respect to gene fusions, long noncoding RNAs (long ncRNA), alternative splicing and somatic mutations. Three of the 14 tumors (21.4%) harbored a TMPRSS2-ERG fusion, and the low prevalence of this fusion in Chinese patients was further confirmed in an additional tumor set (10/54=18.5%). Notably, two novel gene fusions, CTAGE5-KHDRBS3 (20/54=37%) and USP9Y-TTTY15 (19/54=35.2%), occurred frequently in our patient cohort. Further systematic transcriptional profiling identified numerous long ncRNAs that were differentially expressed in the tumors. An analysis of the correlation between expression of long ncRNA and genes suggested that long ncRNAs may have functions beyond transcriptional regulation. This study yielded new insights into the pathogenesis of prostate cancer in the Chinese population.

Gene expression profiling is being widely applied in cancer research to identify biomarkers for clinical endpoint prediction. Since RNA-seq provides a powerful tool for transcriptome-based applications beyond the limitations of microarrays, we sought to systematically evaluate the performance of RNA-seq-based and microarray-based classifiers in this MAQC-III/SEQC study for clinical endpoint prediction using neuroblastoma as a model.We generate gene expression profiles from 498 primary neuroblastomas using both RNA-seq and 44 k microarrays. Characterization of the neuroblastoma transcriptome by RNA-seq reveals that more than 48,000 genes and 200,000 transcripts are being expressed in this malignancy. We also find that RNA-seq provides much more detailed information on specific transcript expression patterns in clinico-genetic neuroblastoma subgroups than microarrays. To systematically compare the power of RNA-seq and microarray-based models in predicting clinical endpoints, we divide the cohort randomly into training and validation sets and develop 360 predictive models on six clinical endpoints of varying predictability. Evaluation of factors potentially affecting model performances reveals that prediction accuracies are most strongly influenced by the nature of the clinical endpoint, whereas technological platforms (RNA-seq vs. microarrays), RNA-seq data analysis pipelines, and feature levels (gene vs. transcript vs. exon-junction level) do not significantly affect performances of the models.We demonstrate that RNA-seq outperforms microarrays in determining the transcriptomic characteristics of cancer, while RNA-seq and microarray-based models perform similarly in clinical endpoint prediction. Our findings may be valuable to guide future studies on the development of gene expression-based predictive models and their implementation in clinical practice.

Neuroblastoma is an embryonal tumor of the sympathetic nervous system and the most common extracranial tumor of childhood. By sequencing transcriptomes of low- and high-risk neuroblastomas, we detected differentially expressed annotated and nonannotated long noncoding RNAs (lncRNAs). We identified a lncRNA neuroblastoma associated transcript-1 (NBAT-1) as a biomarker significantly predicting clinical outcome of neuroblastoma. CpG methylation and a high-risk neuroblastoma associated SNP on chromosome 6p22 functionally contribute to NBAT-1 differential expression. Loss of NBAT-1 increases cellular proliferation and invasion. It controls these processes via epigenetic silencing of target genes. NBAT-1 loss affects neuronal differentiation through activation of the neuronal-specific transcription factor NRSF/REST. Thus, loss of NBAT-1 contributes to aggressive neuroblastoma by increasing proliferation and impairing differentiation of neuronal precursors.

Abstract Maize (Zea mays) has an exceptionally complex genome with a rich history in both epigenetics and evolution. We report genomic landscapes of representative epigenetic modifications and their relationships to mRNA and small RNA (smRNA) transcriptomes in maize shoots and roots. The epigenetic patterns differed dramatically between genes and transposable elements, and two repressive marks (H3K27me3 and DNA methylation) were usually mutually exclusive. We found an organ-specific distribution of canonical microRNAs (miRNAs) and endogenous small interfering RNAs (siRNAs), indicative of their tissue-specific biogenesis. Furthermore, we observed that a decreasing level of mop1 led to a concomitant decrease of 24-nucleotide siRNAs relative to 21-nucleotide miRNAs in a tissue-specific manner. A group of 22-nucleotide siRNAs may originate from long-hairpin double-stranded RNAs and preferentially target gene-coding regions. Additionally, a class of miRNA-like smRNAs, whose putative precursors can form short hairpins, potentially targets genes in trans. In summary, our data provide a critical analysis of the maize epigenome and its relationships to mRNA and smRNA transcriptomes.