Although it is generally accepted that cellular differentiation requires changes to transcriptional networks, dynamic regulation of promoters and enhancers at specific sets of genes has not been previously studied en masse. Exploiting the fact that active promoters and enhancers are transcribed, we simultaneously measured their activity in 19 human and 14 mouse time courses covering a wide range of cell types and biological stimuli. Enhancer RNAs, then messenger RNAs encoding transcription factors, dominated the earliest responses. Binding sites for key lineage transcription factors were simultaneously overrepresented in enhancers and promoters active in each cellular system. Our data support a highly generalizable model in which enhancer transcription is the earliest event in successive waves of transcriptional change during cellular differentiation or activation.

An atlas of microRNA expression patterns and regulators is produced by deep sequencing of short RNAs in human and mouse cells. MicroRNAs (miRNAs) are short non-coding RNAs with key roles in cellular regulation. As part of the fifth edition of the Functional Annotation of Mammalian Genome (FANTOM5) project, we created an integrated expression atlas of miRNAs and their promoters by deep-sequencing 492 short RNA (sRNA) libraries, with matching Cap Analysis Gene Expression (CAGE) data, from 396 human and 47 mouse RNA samples. Promoters were identified for 1,357 human and 804 mouse miRNAs and showed strong sequence conservation between species. We also found that primary and mature miRNA expression levels were correlated, allowing us to use the primary miRNA measurements as a proxy for mature miRNA levels in a total of 1,829 human and 1,029 mouse CAGE libraries. We thus provide a broad atlas of miRNA expression and promoters in primary mammalian cells, establishing a foundation for detailed analysis of miRNA expression patterns and transcriptional control regions.

We aim to examine miR-21 expression in tongue squamous cell carcinomas (TSCC) and correlate it with patient clinical status, and to investigate its contribution to TSCC cell growth, apoptosis, and tumorigenesis.MicroRNA profiling was done in 10 cases of TSCC with microarray. MiR-21 overexpression was quantitated with quantitative reverse transcription-PCR in 103 patients, and correlated to the pathoclinical status of the patients. Immunohistochemistry was used to examine the expression of TPM1 and PTEN, and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP labeling to evaluate apoptosis. Moreover, miR-21 antisense oligonucleotide (ASO) was transfected in SCC-15 and CAL27 cell lines, and tumor cell growth was determined by 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide, adherent colony formation, and soft agar assay, whereas apoptosis was determined by Annexin V assay, cytochrome c release, and caspase 3 assay. Tumorigenesis was evaluated by xenografting SCC-15 cells in nude mice.MiR-21 is overexpressed in TSCC relative to adjacent normal tissues. The level of miR-21 is reversely correlated with TPM1 and PTEN expression and apoptosis of cancer cells. Multivariate analysis showed that miR-21 expression is an independent prognostic factor indicating poor survival. Inhibiting miR-21 with ASO in TSCC cell lines reduces survival and anchorage-independent growth, and induces apoptosis in TSCC cell lines. Simultaneous silencing of TPM1 with siRNA only partially recapitulates the effect of miR-21 ASO. Furthermore, repeated injection of miR-21 ASO suppresses tumor formation in nude mice by reducing cell proliferation and inducing apoptosis.miR-21 is an independent prognostic indicator for TSCC, and may play a role in TSCC development by inhibiting cancer cell apoptosis partly via TPM1 silencing.

Breast cancers show variable sensitivity to paclitaxel. There is no diagnostic test to identify tumors that are sensitive to this drug. We used U133A chips to identify genes that are associated with pathologic complete response (pCR) to preoperative paclitaxel-containing chemotherapy in stage I-III breast cancer ( n = 82). Tau was the most differentially expressed gene. Tumors with pCR had significantly lower ( P < 0.3 × 10 -5 ) mRNA expression. Tissue arrays from 122 independent but similarly treated patients were used for validation by immunohistochemistry. Seventy-four percent of pCR cases were tau protein negative; the odds ratio for pCR was 3.7 (95% confidence interval, 1.6-8.6; P = 0.0013). In multivariate analysis, nuclear grade ( P < 0.01), age <50 ( P = 0.03), and tau-negative status ( P = 0.04) were independent predictors of pCR. Small interfering RNA experiments were performed to examine whether down-regulation of tau increases sensitivity to chemotherapy in vitro . Down-regulation of tau increased sensitivity of breast cancer cells to paclitaxel but not to epirubicin. Tubulin polymerization assay was used to assess whether tau modulates binding of paclitaxel to tubulin. Preincubation of tubulin with tau resulted in decreased paclitaxel binding and reduced paclitaxel-induced microtubule polymerization. These data suggest that low tau expression renders microtubules more vulnerable to paclitaxel and makes breast cancer cells hypersensitive to this drug. Low tau expression may be used as a marker to select patients for paclitaxel therapy. Inhibition of tau function might be exploited as a therapeutic strategy to increase sensitivity to paclitaxel.

microRNAs (miRNAs) are dysregulated in a variety of disease states, suggesting that this newly discovered class of gene expression repressors may be viable therapeutic targets. A microarray of miRNA changes in ALS-model superoxide dismutase 1 (SOD1)G93A rodents identified 12 miRNAs as significantly changed. Six miRNAs tested in human ALS tissues were confirmed increased. Specifically, miR-155 was increased 5-fold in mice and 2-fold in human spinal cords. To test miRNA inhibition in the central nervous system (CNS) as a potential novel therapeutic, we developed oligonucleotide-based miRNA inhibitors (anti-miRs) that could inhibit miRNAs throughout the CNS and in the periphery. Anti-miR-155 caused global derepression of targets in peritoneal macrophages and, following intraventricular delivery, demonstrated widespread functional distribution in the brain and spinal cord. After treating SOD1G93A mice with anti-miR-155, we significantly extended survival by 10 days and disease duration by 15 days (38%) while a scrambled control anti-miR did not significantly improve survival or disease duration. Therefore, antisense oligonucleotides may be used to successfully inhibit miRNAs throughout the brain and spinal cord, and miR-155 is a promising new therapeutic target for human ALS.