Summary

 Combinatorial transcription factor (TF) interactions control cellular phenotypes and, therefore, underpin stem cell formation, maintenance, and differentiation. Here, we report the genome-wide binding patterns and combinatorial interactions for ten key regulators of blood stem/progenitor cells (SCL/TAL1, LYL1, LMO2, GATA2, RUNX1, MEIS1, PU.1, ERG, FLI-1, and GFI1B), thus providing the most comprehensive TF data set for any adult stem/progenitor cell type to date. Genome-wide computational analysis of complex binding patterns, followed by functional validation, revealed the following: first, a previously unrecognized combinatorial interaction between a heptad of TFs (SCL, LYL1, LMO2, GATA2, RUNX1, ERG, and FLI-1). Second, we implicate direct protein-protein interactions between four key regulators (RUNX1, GATA2, SCL, and ERG) in stabilizing complex binding to DNA. Third, Runx1^+/−::Gata2^+/− compound heterozygous mice are not viable with severe hematopoietic defects at midgestation. Taken together, this study demonstrates the power of genome-wide analysis in generating novel functional insights into the transcriptional control of stem and progenitor cells.

Purpose: The third-generation EGFR tyrosine kinase inhibitor osimertinib is approved to treat patients with EGFR T790M-positive non-small cell lung cancer (NSCLC) who have developed resistance to earlier-generation drugs. Acquired EGFR C797S mutation has been reported to mediate osimertinib resistance in some patients. However, the remaining resistance mechanisms are largely unknown.Experimental Design: We performed mutation profiling using targeted next-generation sequencing (NGS) for 416 cancer-relevant genes on 93 osimertinib-resistant lung cancer patients' samples, mainly cell-free DNAs (cfDNAs), and matched pretreatment samples of 12 patients. In vitro experiments were conducted to functionally study the secondary EGFR mutations identified.Results:EGFR G796/C797, L792, and L718/G719 mutations were identified in 24.7%, 10.8%, and 9.7% of the cases, respectively, with certain mutations coexisting in one patient with different prevalence. L792 and L718 mutants markedly increased the half inhibitory concentration (IC50) of osimertinib in vitro, among which the L718Q mutation conferred the greatest resistance to osimertinib, as well as gefitinib resistance when not coexisting with T790M. Further analysis of the 12 matched pretreatment samples confirmed that these EGFR mutations were acquired during osimertinib treatment. Alterations in parallel or downstream oncogenes such as MET, KRAS, and PIK3CA were also discovered, potentially contributing to the osimertinib-resistance in patients without EGFR secondary mutations.Conclusions: We present comprehensive mutation profiles of a large cohort of osimertinib-resistance lung cancer patients using mainly cfDNA. Besides C797 mutations, novel secondary mutations of EGFR L718 and L792 residues confer osimertinib resistance, both in vitro and in vivo, and are of great clinical and pharmaceutical relevance. Clin Cancer Res; 24(13); 3097-107. ©2018 AACR.

Committing the heart The heart is a complex organ composed of multiple cell types such as cardiomyocytes and endothelial cells. Cardiovascular cells arise from Mesp1 -expressing progenitor cells. Lescroart et al. performed single-cell RNA-sequencing analysis of mouse wild-type and Mesp1 -deficient cardiovascular progenitor cells at early gastrulation (see the Perspective by Kelly and Sperling). When Mesp1 was eliminated, embryonic cells remained pluripotent and could not differentiate into cardiovascular progenitors. During gastrulation, the different Mesp1 progenitors rapidly became committed to a particular cell fate and heart region. Notch1 expression marked the earliest step of cardiovascular lineage segregation. Science , this issue p. 1177 ; see also p. 1098

Hematopoietic differentiation critically depends on combinations of transcriptional regulators controlling the development of individual lineages. Here, we report the genome-wide binding sites for the five key hematopoietic transcription factors—GATA1, GATA2, RUNX1, FLI1, and TAL1/SCL—in primary human megakaryocytes. Statistical analysis of the 17,263 regions bound by at least one factor demonstrated that simultaneous binding by all five factors was the most enriched pattern and often occurred near known hematopoietic regulators. Eight genes not previously appreciated to function in hematopoiesis that were bound by all five factors were shown to be essential for thrombocyte and/or erythroid development in zebrafish. Moreover, one of these genes encoding the PDZK1IP1 protein shared transcriptional enhancer elements with the blood stem cell regulator TAL1/SCL. Multifactor ChIP-Seq analysis in primary human cells coupled with a high-throughput in vivo perturbation screen therefore offers a powerful strategy to identify essential regulators of complex mammalian differentiation processes.

Previous studies into relationship between high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) and cognitive decline were constrained to a single measurement, leaving the association between HDL-C variability and risk of cognitive decline unclear.

Abstract Loss of long-term hematopoietic stem cell (LT-HSC) function ex vivo hampers the success of clinical protocols that rely on culture. However, the kinetics and mechanisms through which this occurs remain incompletely characterized. In this study, through time-resolved single-cell RNA sequencing, matched in vivo functional analysis, and the use of a reversible in vitro system of early G1 arrest, we defined the sequence of transcriptional and functional events that occur during the first ex vivo division of human LT-HSCs. We demonstrated that the sharpest loss in LT-HSC repopulation capacity happens early on, between 6 and 24 hours of culture, before LT-HSCs commit to cell cycle progression. During this time window, LT-HSCs adapt to the culture environment, limit the global variability in gene expression, and transiently upregulate gene networks involved in signaling and stress responses. From 24 hours, LT-HSC progression past early G1 contributes to the establishment of differentiation programs in culture. However, contrary to the current assumptions, we demonstrated that the loss of HSC function ex vivo is independent of cell cycle progression. Finally, we showed that targeting LT-HSC adaptation to culture by inhibiting the early activation of JAK/STAT signaling improves HSC long-term repopulating function ex vivo. Collectively, our study demonstrated that controlling early LT-HSC adaptation to ex vivo culture, for example, via JAK inhibition, is critically important to improve HSC gene therapy and expansion protocols.

Abstract Nasopharyngeal carcinoma (NPC)-mediated immunosuppression within the tumor microenvironment (TME) frequently culminates in the failure of otherwise promising immunotherapies. In this study, we identify tumor-intrinsic FLI1 as a critical mediator in impairing T cell anti-tumor immunity. A mechanistic inquiry reveals that FLI1 orchestrates the expression of CBP and STAT1, facilitating chromatin accessibility and transcriptional activation of IDO1 in response to T cell-released IFN-γ. This regulatory cascade ultimately leads to augmented IDO1 expression, resulting in heightened synthesis of kynurenine (Kyn) in tumor cells. This, in turn, fosters CD8 + T cell exhaustion and regulatory T cell (Treg) differentiation. Intriguingly, we find that pharmacological inhibition of FLI1 effectively obstructs the CBP/STAT1-IDO1-Kyn axis, thereby invigorating both spontaneous and checkpoint therapy-induced immune responses, culminating in enhanced tumor eradication. In conclusion, our findings delineate FLI1-mediated Kyn metabolism as an immune evasion mechanism in NPC, furnishing valuable insights into potential therapeutic interventions.

Abstract Flag leaf senescence is an important biological process that drives the remobilization of nutrients to the growing organs of rice. Leaf senescence is controlled by genetic information via gene expression and epigenetic modification, but the precise mechanism is as of yet unclear. Here, we analyzed genome-wide acetylated lysine residue 9 of histone H3 (H3K9ac) enrichment by chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq) and examined its association with transcriptomes by RNA-seq during flag leaf aging in rice ( Oryza sativa ). We found that genome-wide H3K9 acetylation levels increased with age-dependent senescence in rice flag leaf, and there was a positive correlation between the density and breadth of H3K9ac and gene expression and transcript elongation. A set of 1,249 up-regulated, differentially expressed genes (DEGs) and 996 down-regulated DEGs showing a strong relationship between temporal changes in gene expression and gain/loss of H3K9ac was observed during rice flag leaf aging. We produced a landscape of H3K9 acetylation-modified gene expression targets that includes known senescence-associated genes, metabolism-related genes, as well as miRNA biosynthesis-related genes. Our findings reveal a complex regulatory network of metabolism- and senescence-related pathways mediated by H3K9ac and also elucidate patterns of H3K9ac-mediated regulation of gene expression during flag leaf aging in rice. Significance statement Genome-wide H3K9 acetylation levels increased with age-dependent senescence in rice flag leaf, and positively correlation the density and breadth of H3K9ac with transcript elongation and expression. Identified numerous H3K9 acetylation-modified gene expression targets reveal a complex regulatory network and metabolism-mediated senescence network that are associated with H3K9ac during leaf aging in rice.