RNA-sequencing is a powerful and increasingly prevalent method to answer biological questions. Depletion of ribosomal RNA (rRNA), which accounts for 80% of total RNA, is an extremely important step to increase the power of RNA-seq. Selection for polyadenylated RNA is a commonly used approach that excludes rRNA, as well as, important non-polyadenylated RNAs, such as histones, circular RNAs, and many long noncoding RNAs. Commercial methods to deplete rRNA are cost-prohibitive and the gold standard method is no longer available as a standalone kit. Alternative non-commercial methods suffer from inconsistent depletion. Through careful characterization of all reaction parameters, we developed an optimized RNaseH-based depletion of human rRNA. Our method exhibited comparable or better rRNA depletion compared to commercial kits at a fraction of the cost and across a wide-range of input RNA amounts.

ABSTRACT Angiotensin II (AngII) binds to the type I angiotensin receptor in the adrenal cortex to initiate a cascade of events leading to the production of aldosterone, a master regulator of blood pressure. Despite extensive characterization of the transcriptional and enzymatic control of adrenocortical steroidogenesis, there are still major gaps in our knowledge related to precise regulation of AII-induced gene expression kinetics. Specifically, we do not know the regulatory contribution of RNA-binding proteins (RBPs) and RNA decay, which can control the timing of stimulus-induced gene expression. To investigate this question, we performed a high-resolution RNA-seq time course of the AngII stimulation response and 4-thiouridine pulse labeling in a steroidogenic human cell line (H295R). We identified twelve temporally distinct gene expression responses that contained mRNA encoding proteins known to be important for various steps of aldosterone production, such as cAMP signaling components and steroidogenic enzymes. AngII response kinetics for many of these mRNAs revealed a coordinated increase in both synthesis and decay. These findings were validated in primary human adrenocortical cells stimulated ex vivo with AngII. Using a candidate siRNA screen, we identified a subset of RNA-binding protein and RNA decay factors that activate or repress AngII-stimulated aldosterone production. Among the repressors of aldosterone were BTG2, which promotes deadenylation and global RNA decay. BTG2 was induced in response to AngII stimulation and promoted the repression of mRNAs encoding pro-steroidogenic factors indicating the existence of an incoherent feedforward loop controlling aldosterone homeostasis. Together, these data support a model in which coordinated increases in transcription and regulated RNA decay facilitates the major transcriptomic changes required to implement a pro-steroidogenic gene expression program that is temporally restricted to prevent aldosterone overproduction.

Abstract Transfer RNAs are the fundamental adapter molecules of protein synthesis and the most abundant and heterogeneous class of noncoding RNA molecules in cells. The study of tRNA repertoires remains challenging, complicated by the presence of dozens of post transcriptional modifications. Nanopore sequencing is an emerging technology with promise for both tRNA sequencing and the detection of RNA modifications; however, such studies have been limited by the throughput and accuracy of direct RNA sequencing methods. Moreover, detection of the complete set of tRNA modifications by nanopore sequencing remains challenging. Here we show that recent updates to nanopore direct RNA sequencing chemistry (RNA004) combined with our own optimizations to tRNA sequencing protocols and analysis workflows enable high throughput coverage of tRNA molecules and characterization of nanopore signals produced by 43 distinct RNA modifications. We share best practices and protocols for nanopore sequencing of tRNA and further report successful detection of low abundance mitochondrial and viral tRNAs, providing proof of concept for use of nanopore sequencing to study tRNA populations in the context of infection and organelle biology. This work provides a roadmap to guide future efforts towards de novo detection of RNA modifications across multiple organisms using nanopore sequencing.

ABSTRACT The human adrenal gland consists of concentrically organized functionally distinct regions responsible for hormone production. Dysregulation of adrenocortical cell differentiation alters the proportion and organization of the functional zones of the adrenal cortex leading to disease. Current models of adrenocortical cell differentiation are based on mouse studies, but there are known organizational and functional differences between human and mouse adrenal glands. This study aimed to investigate the centripetal differentiation model in the human adrenal cortex and characterize aldosterone-producing micronodules (APMs) to better understand adrenal diseases such as primary aldosteronism. We applied spatially resolved in situ transcriptomics to human adrenal tissue sections from two individuals and identified distinct cell populations and their positional relationships. The results supported the centripetal differentiation model in humans, with cells progressing from the outer capsule to the zona glomerulosa, zona fasciculata, and zona reticularis. Additionally, we characterized two APMs in a 72-year-old female. Comparison with earlier APM transcriptomes indicated a subset of core genes, but also heterogeneity between APMs. The findings contribute to our understanding of normal and pathological cellular differentiation in the human adrenal cortex.

Protein homeostasis is critical to the survival of multiple myeloma (MM) cells. While this is targeted with proteasome inhibitors, mRNA translation inhibition has not entered trials. Recent work illustrates broad sensitivity MM cells to translation inhibitor omacetaxine. We hypothesized that understanding how MM cells become omacetaxine resistant will lead to the development of drug combinations to prevent or delay relapse. We generated omacetaxine resistance in H929 and MM1S MM cell lines and compared them to their parental lines. Resistant lines displayed decreased sensitivity to omacetaxine, with EC50 > 100 nM, compared to parental line sensitivity of 24-54 nM. To adapt to omacetaxine, H929 and MM1S exhibited an increased percentage of multi-nucleated polyaneuploid cells that led to distinct molecular mechanisms of resistance. Interestingly, both resistant lines showed a defect in oncologic potential via extended survival in a MM xenograft model. Since omacetaxine inhibits protein synthesis, we performed both RNA-sequencing and ribosome profiling (Ribo-seq) to identify shared and unique regulatory strategies of resistance. Transcripts encoding translation factors and containing Terminal OligoPyrimidine (TOP) motifs in their 5' UTR were translationally upregulated in both resistant cell lines. The mTOR pathway promotes the translation of TOP motif containing mRNAs. Indeed, mTOR inhibition restored partial sensitivity to omacetaxine in both resistant cell lines. Primary MM cells from patient samples were sensitive to combinations of omacetaxine and mTOR inhibitors rapamycin and Torin 1. These results provide a rational approach for omacetaxine-based combination in patients with multiple myeloma, which have historically shown better responses to multi-agent regimens.

ABSTRACT RNA binding proteins (RBPs) are key regulators of gene expression. Small molecules targeting these RBP-RNA interactions are a rapidly emerging class of therapeutics for treating a variety of diseases. Ro-08-2750 (Ro) is a small molecule inhibitor identified as a competitive inhibitor of Musashi(MSI)-RNA interactions. Here we show Ro potently inhibits adrenocortical steroidogenesis and viability independent of MSI2 in multiple cell lines. We identified Ro-interacting proteins using an unbiased proteome-wide approach and discovered it is broadly targeting RBPs. To confirm this finding, we leveraged the large-scale ENCODE data and found a subset of RBPs whose depletion phenocopies Ro inhibition. We conclude that Ro is a promiscuous inhibitor of multiple RBPs, many containing RRM1 domains. Moreover, we provide a general framework for validating the specificity and identifying targets of RBP inhibitors in a cellular context.