N6-methyl-adenosine (m6A) is the most abundant modification on messenger RNAs and is linked to human diseases, but its functions in mammalian development are poorly understood. Here we reveal the evolutionary conservation and function of m6A by mapping the m6A methylome in mouse and human embryonic stem cells. Thousands of messenger and long noncoding RNAs show conserved m6A modification, including transcripts encoding core pluripotency transcription factors. m6A is enriched over 3′ untranslated regions at defined sequence motifs and marks unstable transcripts, including transcripts turned over upon differentiation. Genetic inactivation or depletion of mouse and human Mettl3, one of the m6A methylases, led to m6A erasure on select target genes, prolonged Nanog expression upon differentiation, and impaired ESC exit from self-renewal toward differentiation into several lineages in vitro and in vivo. Thus, m6A is a mark of transcriptome flexibility required for stem cells to differentiate to specific lineages.

An RNA secondary structure (RSS) map of coding and noncoding RNA from a human family (two parents and their child) is produced; this reveals that approximately 15% of all transcribed single nucleotide variants (SNVs) alter local RNA structure, and these SNVs are depleted in certain locations, suggesting that particular RNA structures are important at those sites. Being single-stranded, RNA can adopt a diversity of secondary structures via inter- and intramolecular base-pairing. Three studies published in this issue of Nature provide an in-depth view of the variety, dynamics and functional influence of RNA structures in vivo. Sarah Assmann and colleagues map the in vivo RNA structure of over 10,000 transcripts in the model plant Arabidopsis thaliana. Their struc-seq (structure-seqence) approach incorporates in vivo chemical (DMS) probing and next-generation sequencing to provide single-nucleotide resolution on a genome-wide scale. Distinct patterns of structure are found to be correlated with coding regions, splice sites and polyadenylation sites. Comparison of these results with those obtained by earlier technologies reveals that, although predictions for some classes of genes were fairly accurate, others, such as those involved in stress response, were poorly predicted and may reflect changes that made them more adapted to that condition. Jonathan Weissman and colleagues have also developed a DMS-seq method to globally monitor RNA structure to single-nucleotide precision in yeast and mammalian cells. Comparing their findings with in vitro data, the authors conclude that there is less structure within cells than expected. Even thermostable RNA structures can be denatured in cells, highlighting the importance of cellular processes in regulating RNA structure. Howard Chang and colleagues asked a different question: how does RNA secondary structure change on a transcriptome-wide level in related individuals? By calculating the RNA secondary structures of two parents and their child, they find that about 15% of transcribed single-nucleotide variants affect local secondary structure. These 'RiboSNitches' are depleted in certain locations, suggesting that a particular RNA structure at that site is important. This study illustrates that there is much to be learned about how changes in RNA structure, particularly as imparted by genetic variation, can alter gene expression. In parallel to the genetic code for protein synthesis, a second layer of information is embedded in all RNA transcripts in the form of RNA structure. RNA structure influences practically every step in the gene expression program1. However, the nature of most RNA structures or effects of sequence variation on structure are not known. Here we report the initial landscape and variation of RNA secondary structures (RSSs) in a human family trio (mother, father and their child). This provides a comprehensive RSS map of human coding and non-coding RNAs. We identify unique RSS signatures that demarcate open reading frames and splicing junctions, and define authentic microRNA-binding sites. Comparison of native deproteinized RNA isolated from cells versus refolded purified RNA suggests that the majority of the RSS information is encoded within RNA sequence. Over 1,900 transcribed single nucleotide variants (approximately 15% of all transcribed single nucleotide variants) alter local RNA structure. We discover simple sequence and spacing rules that determine the ability of point mutations to impact RSSs. Selective depletion of ‘riboSNitches’ versus structurally synonymous variants at precise locations suggests selection for specific RNA shapes at thousands of sites, including 3′ untranslated regions, binding sites of microRNAs and RNA-binding proteins genome-wide. These results highlight the potentially broad contribution of RNA structure and its variation to gene regulation.

Pseudogenes are thought to be inactive gene sequences, but recent evidence of extensive pseudogene transcription raised the question of potential function. Here we discover and characterize the sets of mouse lncRNAs induced by inflammatory signaling via TNFα. TNFα regulates hundreds of lncRNAs, including 54 pseudogene lncRNAs, several of which show exquisitely selective expression in response to specific cytokines and microbial components in a NF-κB-dependent manner. Lethe, a pseudogene lncRNA, is selectively induced by proinflammatory cytokines via NF-κB or glucocorticoid receptor agonist, and functions in negative feedback signaling to NF-κB. Lethe interacts with NF-κB subunit RelA to inhibit RelA DNA binding and target gene activation. Lethe level decreases with organismal age, a physiological state associated with increased NF-κB activity. These findings suggest that expression of pseudogenes lncRNAs are actively regulated and constitute functional regulators of inflammatory signaling.

Abstract Ionogels offer great potential for diverse electric applications. However, it remains challenging to fabricate high‐performance ionogels with both good mechanical strength and high conductivity. Here, a new kind of transparent ionogel with both good mechanical strength and high conductivity is designed via locking a kind of free ionic liquid (IL), i.e., 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium dicyanamide ([EMIm][DCA]), into charged poly(2‐acrylamido‐2‐methyl‐1‐propanesulfonic acid) (PAMPS)‐based double networks. On the one hand, the charged PAMPS double network provides good mechanical strength and excellent recovery property. On the other hand, the free [EMIm][DCA] locked in the charged double network through electrostatic interaction offers ionic conductivity as high as ≈1.7–2.4 S m −1 at 25 °C. It is demonstrated that the designed ionogel can be successfully used for a flexible skin sensor even under harsh conditions. Considering the rationally designed chemical structures of ILs and the diversity of charged polymer networks, it is envisioned that this strategy can be extended to a broad range of polymer systems. Moreover, functional components such as conducting polymers, 0D nanoparticles, 1D nanowires, and 2D nanosheets can be introduced into the polymer systems to fabricate diverse novel ionogels with unique functions. It is believed that this design principle will provide a new opportunity to construct next‐generation multifunctional ionogels.

Long noncoding RNAs (lncRNAs) are thought to be prevalent regulators of gene expression, but the consequences of lncRNA inactivation in vivo are mostly unknown. Here, we show that targeted deletion of mouse Hotair lncRNA leads to derepression of hundreds of genes, resulting in homeotic transformation of the spine and malformation of metacarpal-carpal bones. RNA sequencing and conditional inactivation reveal an ongoing requirement of Hotair to repress HoxD genes and several imprinted loci such as Dlk1-Meg3 and Igf2-H19 without affecting imprinting choice. Hotair binds to both Polycomb repressive complex 2, which methylates histone H3 at lysine 27 (H3K27), and Lsd1 complex, which demethylates histone H3 at lysine 4 (H3K4) in vivo. Hotair inactivation causes H3K4me3 gain and, to a lesser extent, H3K27me3 loss at target genes. These results reveal the function and mechanisms of Hotair lncRNA in enforcing a silent chromatin state at Hox and additional genes.

Animals respond to environmental threats, e.g. looming visual stimuli, with innate defensive behaviors such as escape and freezing. The key neural circuits that participate in the generation of such dimorphic defensive behaviors remain unclear. Here we show that the dimorphic behavioral patterns triggered by looming visual stimuli are mediated by parvalbumin-positive (PV+) projection neurons in mouse superior colliculus (SC). Two distinct groups of SC PV+ neurons form divergent pathways to transmit threat-relevant visual signals to neurons in the parabigeminal nucleus (PBGN) and lateral posterior thalamic nucleus (LPTN). Activations of PV+ SC-PBGN and SC-LPTN pathways mimic the dimorphic defensive behaviors. The PBGN and LPTN neurons are co-activated by looming visual stimuli. Bilateral inactivation of either nucleus results in the defensive behavior dominated by the other nucleus. Together, these data suggest that the SC orchestrates dimorphic defensive behaviors through two separate tectofugal pathways that may have interactions.

Abstract Unimolecular reduction and bimolecular reductive coupling of carbon monoxide (CO) represent important ways to synthesize organic feedstocks. Reductive activation of CO through open-shell pathways, though rare, can help overcome the barriers of many traditional organometallic elementary reactions that are hard to achieve. Herein we successfully achieve the unimolecular reduction of CO to (TPP)RhCH 2 OSiR 1 R 2 R 3 (TPP = 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin), and the release of products CH 3 OSiR 1 R 2 R 3 , TEMPO-CH 2 OSiR 1 R 2 R 3 and BrCH 2 OSiR 1 R 2 R 3 in near-quantitative yield under visible light (420–780 nm), which involves radical formation from Rh-C bond homolysis. Bimolecular CO reductive coupling products, (TPP)RhCOCH 2 OSiR 1 R 2 R 3 , are then obtained via a radical mechanism. Subsequent treatment with n -propylamine, BrCCl 3 or TEMPO under thermal or photochemical conditions afford small-molecule bimolecular reductive coupling products. To the best of our knowledge, homogeneous systems which reductively couple CO under photochemical conditions have not been reported before. Here, the use of an open-shell transition metal complex, that delivers more than one kind of small-molecule CO reductive coupling products bearing different functional groups, provides opportunities for useful CO reductive transformations.

Spine grapes are widely cultivated in southern China because of their strong adaptability to hot and humid climates. As a wild species native to China, spine grape (Vitis davidii Foëx) was studied as a resource of proanthocyanidins (PAs). PA composition, biosynthesis, and histochemistry in different tissues (skins, seeds, and stems) during berry development were analyzed in this study.