DNA repair in rahman syndrome

Abstract

Kromatin sıkışması ve dinamikleri içinde kritik bir rol oynayan histon H1, hem insanlarda hem de farelerde bulunan 11 farklı izoforma sahiptir. H1'in C- terminal alanı (CTD), uzun lizin açısından zengin yapısıyla karakterize edilir ve kromatin sıkışmasında esastır, kromatin sıkışmasında belirleyici bir rol oynar. Son zamanlarda, H1.4'ün CTD kodlama bölgesinde de novo meydana gelen çerçeve kaydırma mutasyonları, zihinsel engellilik ve aşırı büyümeye neden olan bir nörolojik hastalık olan Rahman sendromu ile ilişkilendirilmiştir. Bu çalışmada amacımız, endojen fare H1.4 genini insan karşılığıyla değiştirmek, insan H1-4 proteininin üç farklı versiyonunu tanıtmak: vahşi tip, Rahman mutasyonlu ve CTD içinde 75 amino asit eksik bir kırpma. Bu tasarım, fare embriyonik kök hücreleri (mES) ve CRISPR/ Cas9 teknolojisi kullanılarak uygulandı ve H1.4 fonksiyonları üzerindeki belirli değişikliklerin kapsamlı bir analizine olanak tanıdı. Mühendislik mES hücrelerimiz, H1-4'ü fotoaktive edilebilir GFP (PA-GFP) ve bir HA etiketi ile etiketlediğimiz için H1-4 dinamikleri gibi ayrıntılı araştırmaları kolaylaştırır. Rahman ve kırpılmış H1.4 varyantları üzerinde yapılan fotobleşme çalışmaları, vahşi tip ile karşılaştırıldığında belirgin kinetik davranışları ortaya çıkardı. Bu sapmalar, bu alt tiplerde CTD'nin kırpılmasına büyük ölçüde atfedilen azalmış bağlanma eğilimini göstermektedir. Fonksiyonel DNA tamir testleri, farklı H1.4 varyantlarını ifade eden klonlar arasında tutarlı tamir verimliliği göstermiştir. Bu sonuçlara katkıda bulunan faktörler arasında, kök hücrelerde H1.4'ün nispeten düşük ifadesi bulunmaktadır. Ayrıca, mühendislik hücrelerimiz fibroblast hücrelerine diferansiye olma yeteneğine sahiptir, bu da onların kullanımını genişletir. Bu hücreler, aynı zamanda H1-4 proteininin in vivo işlevlerine dair içgörüler sunabilen bir fare modelinin oluşturulma potansiyelini taşır. Ayrıca, bunlar immunopresipitasyon testleri, RNA sekanslama ve nöronal hücrelere diferansiyasyon gibi çeşitli testler için fırsatlar sunar, araştırma uygulamalarında çeşitliliklerini genişletir. Genel olarak, bu çalışma yalnızca Rahman sendromunu ele almamakla kalmayıp aynı zamanda H1-4 fonksiyonlarını anlama konusuna önemli bir katkıda bulunmaktadır.A critical player in chromatin compaction and dynamics is the linker histone H1, with 11 distinct isoforms present in both humans and mice. The C- terminal domain (CTD) of H1, characterized by its long lysine- rich structure, is essential for chromatin condensation and plays a pivotal role in chromatin condensation. Recently, de novo occurring frameshift mutations within the CTD coding region of H1.4 have been associated with Rahman syndrome, a neurological disease that causes intellectual disability and overgrowth. In this study, our objective was to replace the endogenous mouse H1.4 gene with its human counterpart, introducing three distinct versions of the human H1-4 protein: wild- type, Rahman mutant, and a truncation lacking 75 amino acids within the CTD. This design, implemented using mouse embryonic stem cells (mES) and CRISPR/ Cas9 technology, facilitates a comprehensive analysis of specific alterations' impact on H1.4 functionality. Our engineered mES cells facilitate detailed investigations such as H1-4 dynamics as we tagged the H1-4 with a photoactivatable GFP (PA-GFP) and an HA tag. Photobleaching studies conducted on the Rahman and truncated H1.4 variants, in comparison to the wild- type, have revealed distinct kinetic behaviours. These deviations indicate reduced binding affinity, largely attributed to the truncation of the CTD in these subtypes. Functional DNA repair assays have shown consistent repair efficiency across clones expressing different H1.4 variants. Factors contributing to these results include the relatively low expression of H1.4 in stem cells. Furthermore, our engineered cells exhibit the capability to differentiate into fibroblast cells, extending their utility. These cells also hold the potential for the creation of a mouse model that can offer insights into the in vivo functions of the H1-4 protein. Moreover, they present opportunities for a range of assays, including immunoprecipitation assays, RNA sequencing, and differentiation into neuronal cells, expanding their versatility in research applications. Overall, this study not only addresses Rahman syndrome but also significantly contributes to advancing our understanding of H1-4 functions.