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Non-coding deletion induces 3D chromatin remodelling and PITX2 expression dysregulation associated with a new syndromic cardiac disorder - 25/06/22

Doi : 10.1016/j.acvdsp.2022.04.116 
Manon Baudic 1, , Hiroshigue Murata 2, Fernanda Bosada 3, Uirá Souto Melo 4, Taisuke Ishikawa 5, Takanori Aizawa 6, Amaury Guedon 7, Estelle Baron 1, Adrien Foucal 1, Pierre Lindenbaum 1, Solena Le Scouarnec 1, Naomasa Makita 8, Hervé Le Marec 1, Claude Vieyres 9, Stephan Mundlos 4, Vincent M. Christoffels 3, Takeru Makiyama 6, Vincent Probst 7, Jean-Jacques Schott 1, Julien Barc 1
1 Nantes université, CNRS, INSERM, l’institut du thorax, Nantes, France 
2 The department of cardiovascular medicine, Nippon Medical school, Tokyo, Japon 
3 Department of medical biology, Amsterdam Cardiovascular Sciences, Amsterdam University Medical Centers, Amsterdam, Pays-Bas 
4 Rg development and disease, Max Planck Institute for Molecular Genetics, Berlin, Allemagne 
5 National cerebral and cardiovascular center, Research Institute and Omics Research Center, Osaka, Japon 
6 Department of cardiovascular medicine, Kyoto University Graduate School of Medicine, Kyoto, Japon 
7 Nantes université, CHU Nantes, CNRS, INSERM, l’institut du thorax, Nantes, France 
8 Cerebral and cardiovascular center, Research Institute and Omics Research Center, Osaka, Japon 
9 Cabinet cardiologique, Clinique St. Joseph, Angoulême, France 

Corresponding author.

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Résumé

Introduction

In a first family (family#1), we identified 53 members of whom 17 present a new syndromic cardiac disorder characterized by electrical disorders (sinus node dysfunction, atrial fibrillation..) and developmental defects (atrial septal defect, valvopathy, left ventricle non-compaction..) following an autosomal dominant model. Six are implanted with a pacemaker and one experienced a sudden death at 43yo. Interestingly, 6 additional non-related families presenting the same phenotype have been also identified.

Objective

Our aims are to identity the causal mutation and the molecular mechanism underlying this complex cardiac syndrome.

Method

Genetic study has been performed using whole genome sequencing (WGS). Based on transgenic mouse strains, we assessed the impact of Family#1 mutation on the phenotype and on gene expression. Then, we generated human cardiomyocytes derived iPS cells (CM-iPS) isogenic models to evaluate the epigenome (CUT&RUN and ATAC-seq), transcriptome (RNA-seq) and topological associated domain (TAD) remodelling (Hi-C).

Results

By WGS we uncovered a deletion of 15kb in a gene desert area on 4q25, segregating in all affected relatives of Family#1. The 6 other families present overlapping deletions. Mouse model recapitulates the cardiac phenotype and exhibit an increase of Pitx2 expression in right atria, unchanged in left atria and a decrease in ventricle. Based on human CM-iPS models, epigenetic data highlight among the 15kb deletion a unique open region containing a CTCF binding site, crucial for delimiting TAD boundaries. Hi-C assay reveals the fusion of 2 TADs and highlights new interactions between PITX2 and atrial specific regulatory elements.

Conclusion

We identified a deletion located within a gene desert area associated with a new complex cardiac disorder. The CTCF binding site contained in the deletion seems key for the TAD border. The TAD remodelling leads to new (regulatory) interactions and expression dysregulation of PITX2. We describe a new molecular mechanism implying a yet unidentified non-coding regulatory element of PITX2 and responsible for a complex electrical and developmental cardiac syndrome.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

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Vol 14 - N° 2

P. 209 - juin 2022 Retour au numéro
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