Summary The zinc finger transcription factor SALL4 is highly expressed in embryonic stem cells, down-regulated in most adult tissues, but reactivated in many aggressive cancers. This unique expression pattern makes SALL4 an attractive target for designing therapeutic strategies. However, whether SALL4 binds DNA directly to regulate gene expression is unclear and many of its targets in cancer cells remain elusive. Here, through an unbiased screen of protein binding microarray (PBM) and Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease (CUT&RUN) experiments, we identified and validated the DNA binding domain of SALL4 and its consensus binding sequence. Combined with RNA-seq analyses after SALL4 knockdown, we discovered hundreds of new SALL4 target genes that it directly regulates in aggressive liver cancer cells, including genes encoding a family of Histone 3 Lysine 9-specific Demethylases (KDMs). Taken together, these results elucidated the mechanism of SALL4 DNA binding and revealed novel pathways and molecules to target in SALL4-dependent tumors.

Abstract The mechanisms by which epigenetic modifications are established in gene regulatory regions of active genes remain poorly understood. The data presented show that the establishment and recycling of a major epigenetic mark, the acetylated form of the replacement histone H2A.Z, is regulated by cell cycle-specific long noncoding RNAs encoded in regions adjacent to the promoters of active genes. These transcripts, termed SPEARs (S Phase EArly RNAs), are induced in early S phase: their expression precedes that of the downstream genes on which they exert their regulatory action. SPEARs drive the modification and deposition of the acetylated form of histone H2A.Z by bringing together the replacement histone and the histone acetyl transferase TIP60. This widespread bimodal pathway constitutes a novel RNA-mediated mechanism for the establishment of epigenetic marks and cell-specific epigenetic profiles, thereby providing a unifying explanation for the accuracy and persistence of epigenetic marks on chromatin.

ABSTRACT The mechanism underlying cell type-specific gene induction conferred by ubiquitous transcription factors as well as disruptions caused by their chimeric derivatives in leukemia is not well understood. Here we investigate whether RNAs coordinate with transcription factors to drive myeloid gene transcription. In an integrated genome-wide approach surveying for gene loci exhibiting concurrent RNA- and DNA-interactions with the broadly expressed transcription factor RUNX1, we identified the long noncoding RNA LOUP . This myeloid-specific and polyadenylated lncRNA induces myeloid differentiation and inhibits cell growth, acting as a transcriptional inducer of the myeloid master regulator PU . 1 . Mechanistically, LOUP recruits RUNX1 to both the PU . 1 enhancer and the promoter, leading to the formation of an active chromatin loop. In t(8;21) acute myeloid leukemia, wherein RUNX1 is fused to ETO, the resulting oncogenic fusion protein RUNX1-ETO limits chromatin accessibility at the LOUP locus, causing inhibition of LOUP and PU . 1 expression. These findings highlight the important role of the interplay between cell type-specific RNAs and transcription factors as well as their oncogenic derivatives in modulating lineage-gene activation and raise the possibility that RNA regulators of transcription factors represent alternative targets for therapeutic development. KEY POINTS lncRNA LOUP coordinates with RUNX1 to induces PU . 1 long-range transcription, conferring myeloid differentiation and inhibiting cell growth. RUNX1-ETO limits chromatin accessibility at the LOUP locus, causing inhibition of LOUP and PU . 1 expression in t(8;21) AML.

Abstract Nutritional intake impacts the human epigenome by directing epigenetic pathways in normal cell development via as yet unknown molecular mechanisms. Consequently, imbalance in the nutritional intake is able to dysregulate the epigenetic profile and drive cells towards malignant transformation. Herein, we present a novel epigenetic effect of the essential nutrient, NAD. We demonstrate that impairment of DNMT1 enzymatic activity by NAD-promoted ADP-ribosylation, leads to demethylation and transcriptional activation of CEBPA gene, suggesting the existence of an unknown NAD-controlled region within the locus. In addition to the molecular events, NAD treated cells exhibit significant morphological and phenotypical changes that correspond to myeloid differentiation. Collectively, these results delineate a novel role for NAD in cell differentiation and indicate novel nutri-epigenetic strategy to regulate and control gene expression in human cells.

Abstract C/EBPα has known to be a transcription factor that involved in Neutrophil differentiation for decades. However, exploring the Chromatin RNA Immunoprecipitation Sequencing (RIP), we discover that C/EBPα is a RNA binding protein mainly interacts with RNA introns. Structure study and RNA electrophoretic mobility shift assay (REMSA) show that C/EBPα interacts with RNA through two novel RNA binding domains distinct from its DNA binding domain. Mouse bone marrow transplantation and in vitro cytokine assay reveal that C/EBPα RNA binding is critical for Macrophage differentiation but not Neutrophil differentiation. Mechanically, RNA binding domains control specific gene transcription. In particular, PU.1 intron 4 RNA interacts with C/EBPα and recruit C/EBPα to its enhancer site, which facilitate PU.1 expression. Taken together, C/EBPα is demonstrated to be a RNA binding protein with unique function distinct from its DNA binding activity. Our finding transforms our knowledge of transcriptional regulation by transcription factor. One-Sentence Summary C/EBPα interacts with RNA through novel RNA binding domains and regulates PU.1 expression during Macrophage differentiation.

Summary Coordinated initiation of DNA replication is essential to ensure efficient and timely DNA synthesis. Yet, the mechanism governing the “initiation” process in eukaryotic cells remains elusive. Here, we present data demonstrating a novel feature of RNAs transcribed in the proximity of actively replicating gene loci. We show that S-ph A se-RNAs a NC horing OR C1 (ANCOR s ) to the histone variant H2A.Z are licensors of the DNA replication process. The concomitant ANCOR-H2A.Z interaction is essential for the cells to initiate duplication of their genetic heritage. Widespread and locus-specific perturbations of these transcripts correlate with anomalous replication patterns and loss of the replicative marker at the origin site. Collectively, we unveil an RNA-mediated mechanism as the missing link for the generation of active replication origins and delineate a potential strategy to modulate replication in human cells at a local and global level.