A human genome is sequenced and assembled de novo using a pocket-sized nanopore device. We report the sequencing and assembly of a reference genome for the human GM12878 Utah/Ceph cell line using the MinION (Oxford Nanopore Technologies) nanopore sequencer. 91.2 Gb of sequence data, representing ∼30× theoretical coverage, were produced. Reference-based alignment enabled detection of large structural variants and epigenetic modifications. De novo assembly of nanopore reads alone yielded a contiguous assembly (NG50 ∼3 Mb). We developed a protocol to generate ultra-long reads (N50 > 100 kb, read lengths up to 882 kb). Incorporating an additional 5× coverage of these ultra-long reads more than doubled the assembly contiguity (NG50 ∼6.4 Mb). The final assembled genome was 2,867 million bases in size, covering 85.8% of the reference. Assembly accuracy, after incorporating complementary short-read sequencing data, exceeded 99.8%. Ultra-long reads enabled assembly and phasing of the 4-Mb major histocompatibility complex (MHC) locus in its entirety, measurement of telomere repeat length, and closure of gaps in the reference human genome assembly GRCh38.

A site-directed anti-peptide antibody, CNB-1, that recognizes the α1 subunit of rat brain class B calcium channels (rbB) immunoprecipitated 43% of the N-type calcium channels labeled by [125I]ω-conotoxin. CNB-1 recognized proteins of 240 and 210 kd, suggesting the presence of two size forms of this α1 subunit. Calcium channels recognized by CNB-1 were localized predominantly in dendrites; both dendritic shafts and punctate synaptic structures upon the dendrites were labeled. The large terminals of the mossy fibers of the dentate gyrus granule neurons were heavily labeled, suggesting that the punctate labeling pattern represents calcium channels in nerve terminals. The pattern of immunostaining was cell specific. The cell bodies of some pyramidal cells in layers II, III, and V of the dorsal cortex, Purkinje cells, and scattered cell bodies elsewhere in the brain were also labeled at a low level. The results define complementary distributions of N- and L-type calcium channels in dendrites, nerve terminals, and cell bodies of most central neurons and support distinct functional roles in calcium-dependent electrical activity, intracellular calcium regulation, and neurotransmitter release for these two channel types.

High-throughput complementary DNA sequencing technologies have advanced our understanding of transcriptome complexity and regulation. However, these methods lose information contained in biological RNA because the copied reads are often short and modifications are not retained. We address these limitations using a native poly(A) RNA sequencing strategy developed by Oxford Nanopore Technologies. Our study generated 9.9 million aligned sequence reads for the human cell line GM12878, using thirty MinION flow cells at six institutions. These native RNA reads had a median length of 771 bases, and a maximum aligned length of over 21,000 bases. Mitochondrial poly(A) reads provided an internal measure of read-length quality. We combined these long nanopore reads with higher accuracy short-reads and annotated GM12878 promoter regions to identify 33,984 plausible RNA isoforms. We describe strategies for assessing 3' poly(A) tail length, base modifications and transcript haplotypes.

The Concise Guide to PHARMACOLOGY 2021/22 is the fifth in this series of biennial publications. The Concise Guide provides concise overviews, mostly in tabular format, of the key properties of nearly 1900 human drug targets with an emphasis on selective pharmacology (where available), plus links to the open access knowledgebase source of drug targets and their ligands (www.guidetopharmacology.org), which provides more detailed views of target and ligand properties. Although the Concise Guide constitutes over 500 pages, the material presented is substantially reduced compared to information and links presented on the website. It provides a permanent, citable, point-in-time record that will survive database updates. The full contents of this section can be found at http://onlinelibrary.wiley.com/doi/bph.15539. Ion channels are one of the six major pharmacological targets into which the Guide is divided, with the others being: G protein-coupled receptors, nuclear hormone receptors, catalytic receptors, enzymes and transporters. These are presented with nomenclature guidance and summary information on the best available pharmacological tools, alongside key references and suggestions for further reading. The landscape format of the Concise Guide is designed to facilitate comparison of related targets from material contemporary to mid-2021, and supersedes data presented in the 2019/20, 2017/18, 2015/16 and 2013/14 Concise Guides and previous Guides to Receptors and Channels. It is produced in close conjunction with the Nomenclature and Standards Committee of the International Union of Basic and Clinical Pharmacology (NC-IUPHAR), therefore, providing official IUPHAR classification and nomenclature for human drug targets, where appropriate.

ABSTRACT Voltage gated calcium channels (VGCCs) regulate the influx of calcium ions in many cell types, but our lack of knowledge about the plethora of VGCC splice variants remains a gap in our understanding of calcium channel function. A recent advance in profiling gene splice variation is to use long-read RNA-sequencing technology. We sequenced Cacna1e transcripts from the rat thalamus using Oxford Nanopore sequencing, yielding the full structure of 2,110 Cacna1e splice variants. However, we observed that only 154 Cacna1e splice variants were likely to encode for a functional VGCC based on predicted amino acid sequences. We then computationally prioritized these 154 splice variants using expression and evolutionary conservation and found that four splice variants are candidate functionally distinct splice isoforms. Our work not only provides long-read sequencing of Cacna1e for the first time, but also the first computational evaluation of which Cacna1e splice variants are the best candidates for future follow-up. SIGNIFICANCE STATEMENT Voltage gated calcium channels (Cacna1x genes) are implicated in many neurological disorders and their encoding genes are predicted to have complex patterns of alternative splicing. Previous approaches relied on short-read RNA-seq to characterize calcium channel splice variants. Here, we use long-read nanopore sequencing to establish a set of Cacna1e transcripts in the rat thalamus and use computational methods to prioritize four transcripts as functionally distinct splice isoforms. Our work to provide the field with prioritized transcripts will not only improve our understanding of Cacna1e function but its role in disease as well.

High throughput RNA sequencing technologies have dramatically advanced our understanding of transcriptome complexity and regulation. However, these cDNA-based methods lose information contained in biological RNA because the copied reads are short or because modifications are not carried forward in cDNA. Here we address these limitations using a native poly(A) RNA sequencing strategy developed by Oxford Nanopore Technologies (ONT). Our study focused on poly(A) RNA isolated from the human cell line GM12878, from which we sequenced approximately 9.9 million individual aligned strands. These native RNA sequence reads had an N50 length of 1334 bases, and a maximum length of 22,000 bases. A total of 78,199 high-confidence isoforms were identified by combining long nanopore reads with short higher accuracy Illumina reads. Among these isoforms, over 50% are not present in GENCODE v24. We describe strategies for assessing 3'poly(A) tail length, base modifications and transcript haplotypes using this single molecule technology. Together, these nanopore-based techniques are poised to deliver new insights into RNA biology.

Abstract P/Q-type (Ca v 2.1) calcium channels mediate Ca 2+ influx essential for neuronal excitability and synaptic transmission. The CACNA1A gene, encoding the Ca v 2.1 pore forming subunit, is highly expressed throughout the mammalian central nervous system. Alternative splicing of Ca v 2.1 pre-mRNA generates diverse channel isoforms with distinct biophysical properties and drug affinities, which are differentially expressed in nerve tissues. Splicing variants can also affect channel function under pathological conditions although their phenotypic implication concerning inherited neurological disorders linked to CACNA1A mutations remains unknown. Here, we quantified the expression of Ca v 2.1 exon 24 (e24) spliced transcripts in human nervous system samples, finding different levels of expression within discrete regions. The corresponding Ca v 2.1 variants, differing by the presence (+) or absence (Δ) of Ser-Ser-Thr-Arg residues (SSTR) in the domain III S3-S4 linker, were functionally characterized using patch clamp recordings. Further, the + /ΔSSTR isoforms were used to demonstrate the differential impact of the Familial Hemiplegic Migraine Type 1 (FHM-1) S218L mutation, located in the domain I S4-S5 linker, on the molecular structure and electrophysiological properties of Ca v 2.1 isoforms. S218L has a prominent effect on the voltage-dependence of activation of +SSTR channels when compared to ΔSSTR, indicating a differential effect of the mutation depending on splice-variant context. Structural modeling based upon Cav2.1 cryo-EM data provided further insight reflecting independent contributions of amino acids in distant regions of the channel on gating properties. Our modelling indicates that by increasing hydrophobicity the Leu218 mutation contributes to stabilizing a structural conformation in which the domain I S4-S5 linker is oriented alongside the inner plasma membrane, similar to that occurring when S4 is translocated upon activation.The SSTR insertion appears to exert an influence in the local electric field of domain III due to an change in the distribution of positively charged regions surrounding the voltage sensing domain, which we hypothesize impacts its movement during the transition to the open state. In summary, we reveal molecular changes correlated with distinct functional effects provoked by S218L FHM-1 mutation in hCa v 2.1 splice isoforms whose differential expression could impact the manifestation of the neurological disorder.

Abstract Genome sequencing has been widely deployed to study the evolution of SARS-CoV-2 with more than 90,000 genome sequences uploaded to the GISAID database. We published a method for SARS-CoV-2 genome sequencing ( https://www.protocols.io/view/ncov-2019-sequencing-protocol-bbmuik6w ) online on January 22, 2020. This approach has rapidly become the most popular method for sequencing SARS-CoV-2 due to its simplicity and cost-effectiveness. Here we present improvements to the original protocol: i) an updated primer scheme with 22 additional primers to improve genome coverage, ii) a streamlined library preparation workflow which improves demultiplexing rate for up to 96 samples and reduces hands-on time by several hours and iii) cost savings which bring the reagent cost down to £10 per sample making it practical for individual labs to sequence thousands of SARS-CoV-2 genomes to support national and international genomic epidemiology efforts.