Section A

Question A1

BTG3-associated nuclear protein (BANP) activates transcription from CpG island (CGI) promoter. Figure A below shows change in the RNA levels of BANP-bound genes across the degradation time course of BANP. ΔExon, ΔIntron, and Δs4U indicate changes in exonic, intronic, and SLAM-seq signals, respectively. Briefly explain why the change in exonic signal is different from others. (10 marks) Figures B and C indicate examples of BANP target genes that are consistent (B) or differ (C) between ES cells and neurons. Briefly explain ChIP-seq and RNA-seq methods and discuss how you could uncover the potential underlying mechanism(s) of these results. (15 marks)

Question A2

Enhancer  sequence  diverges  extensively  during  evolution but the  function  could be  conserved. Figures A and B below indicate comparison of GFP expression pattern at 48 hpf for four stable transgenic zebrafish lines harboring candidate eISL enhancers from sponge, human, mouse, and fish. The whole animal (A) as well as the close-up of lateral views (B) from insets numbered 1 and 2 in (A) are  shown. Briefly explain function of enhancer and how above eISL enhancers with little sequence homology could drive similar gene expression in zebrafish. (12.5 marks)  Sponge has simple body without neurons but the eISL enhancer directs gene expression in zebrafish’s brain. Based on this observation, briefly discuss the potential underlying mechanism of complex body plan. (12.5 marks)

Section B

Question B1

Enhancer release and retargeting (ERR) could be potential mechanism to activate genes associated with various diseases. Figure A below shows a heat map denoting the change in expression of oncogene promoters (OPs) and oncogene-neighboring promoters (ONPs) measured after repressing ONPs. Briefly discuss why ERR appears to occur with only some of the tested ONP-OP pairs. (12.5 marks) Figure B indicates RNA expression levels of CLPTM1L (ONP) and TERT (OP) in wild type (WT)  versus  KI-CLPTM1Lp  cells.  CTCF  binding  motif near  the  transcriptional  start  site  of CLPTM1L was mutated in KI-CLPTM1Lp cells. Briefly explain CTCF and the specific roles for ERR to activate TERT. (12.5 marks)

Question B2

CRISPR adenine base editor can inactivate PCSK9 by disrupting splice donor at the exon-intron boundary. A figure below shows the editing of splice-site adenine base (arrow) in primary human hepatocytes transfected by adenine base editor and gRNA with the protospacer sequence (black box). Explain the outcomes of editing in detail. (15 marks) Briefly discuss use of base editing to modify gene function in comparison to standard nuclease editing. (10 marks)

Section C

Question C1

Lungfish genome contains a large number of transposable elements (TEs). Figure A below shows Kimura substitution level (%) for each copy of TE against its consensus sequence. DNA, LINE, LTR, and SINE TEs are indicated by blue, green, orange, and purple, respectively. Briefly explain the mechanism of LINE transposition and  expansion history  of the  TEs in lungfish genome.  (12.5 marks) Figure B indicates relationship between the copy number and expression level of DNA, LINE, LTR, SINE, and unknow TEs in gonad, brain and liver of lungfish. The expression was estimated for each TE family using poly (A)-enriched RNA-seq data. Briefly discuss about activities of the TEs in lungfish genome. (12.5 marks)

Question C2

RNA binding  protein, Neuro-oncological  ventral  antigen  1  (Nova1)  represents  one  of the  few protein-coding differences between modern human and archaic hominin genomes. Figure A below shows numbers of differential splicing events of different types from comparisons between two different cortical organoids at early and late stages of maturation. These cortical organoids were derived  from  human  iPS  cell  lines  with  NOVA1  human  variant  (NOVA1Hu/Hu),  homozygous reintroduction   of  the  NOVA1   archaic   variant   (NOVA1Ar/Ar),   and  NOVA1   knock-out   allele (NOVA1Ko/Ko).  Based  on these results, briefly  explain  alternative  splicing  and the  functions  of NOVA1. (12.5 marks). Figure B indicates heatmap of the interaction between two synaptic proteins (listed at right) in NOVA1Hu/Hu and NOVA1Ar/Ar cortical organoids. Briefly discuss the underlying mechanism of these results. (12.5 marks)

Section D

Question D1

Mammalian DICER generates two isoform proteins (Dicer and aviD) by the alternative splicing. Figure A below shows Dicer and aviD mRNAs in stem and differentiated cells from small intestine, skin, and hippocampus. Briefly explain the methods to distinguish stem and differentiated cells and the results of Fig. A. (15 marks) Figure B indicates percentage of Zika virus-infected stem cells measured 4 days after infection on organoid with the indicated genotype at the bottom. Briefly discuss the functions of Dicer and aviD for antiviral pathway in stem cells. (10 marks)