Abstract The CHOPWT17_TPM1KOc28 iPSC line was generated to interrogate the functions of Tropomyosin 1 ( TPM1 ) in primary human cell development. This line was reprogrammed from a previously published wild type control iPSC line.

The KOLF2.1J iPSC line was recently proposed as a reference iPSC to promote the standardization of research studies in the stem cell field. Due to overall good performance differentiating to neural cell lineages, high gene editing efficiency, and absence of genetic variants associated to neurological disorders KOLF2.1J iPSC line was particularly recommended for neurodegenerative disease modeling. However, our work uncovers that KOLF2.1J hPSCs carry heterozygous small copy number variants (CNVs) that cause DTNBP1, JARID2 and ASTN2 haploinsufficiencies, all of which are associated with neurological disorders. We further determine that these CNVs arose in vitro over the course of KOLF2.1J iPSC generation from a healthy donor-derived KOLF2 iPSC line and affect the expression of DNTBP1, JARID2 and ASTN2 proteins in KOLF2.1J iPSCs and neural progenitors. Therefore, our study suggests that KOLF2.1J iPSCs carry genetic variants that may be deleterious for neural cell lineages. This data is essential for a careful interpretation of neural cell studies derived from KOLF2.1J iPSCs and highlights the need for a catalogue of iPSC lines that includes a comprehensive genome characterization analysis.

Trisomy 21 (T21), or Down syndrome (DS), is associated with baseline macrocytic erythrocytosis, thrombocytopenia, and neutrophilia, and transient abnormal myelopoiesis (TAM) and myeloid leukemia of DS (ML-DS). TAM and ML-DS blasts both arise from an aberrant megakaryocyte-erythroid progenitor and exclusively express GATA1s, the truncated isoform of GATA1, while germline GATA1s mutations in a non-T21 context lead to congenital cytopenias without a leukemic predisposition. This suggests that T21 and GATA1s perturb hematopoiesis independently and synergistically, but this interaction has been challenging to study in part due to limited human cell and murine models. To dissect the developmental impacts of GATA1s on hematopoiesis in euploid and T21 cells, we performed a single-cell RNA-sequencing timecourse on hematopoietic progenitors (HPCs) derived from isogenic human induced pluripotent stem cells differing only by chromosome 21 and/or GATA1 status. These HPCs were surprisingly heterogeneous and displayed spontaneous lineage skew apparently dictated by T21 and/or GATA1s. In euploid cells, GATA1s nearly eliminated erythropoiesis, impaired MK maturation, and promoted an immature myelopoiesis, while in T21 cells, GATA1s appeared to compete with the enhanced erythropoiesis and suppressed megakaryopoiesis driven by T21 to give rise to immature erythrocytes, MKs, and myeloid cells. T21 and GATA1s both disrupted temporal regulation of lineage-specific transcriptional programs and specifically perturbed cell cycle genes. These findings in an isogenic system can thus be attributed specifically to T21 and GATA1s and suggest that these genetic changes together enhance HPC proliferation at the expense of maturation, consistent with a pro-leukemic phenotype.

Tropomyosins coat actin filaments and impact actin-related signaling and cell morphogenesis. Genome-wide association studies have linked Tropomyosin 1 (TPM1) with human blood trait variation. Prior work suggested that TPM1 regulated blood cell formation in vitro, but it was unclear how or when TPM1 affected hematopoiesis. Using gene-edited induced pluripotent stem cell (iPSC) model systems, TPM1 knockout was found to augment developmental cell state transitions, as well as TNFα and GTPase signaling pathways, to promote hemogenic endothelial (HE) cell specification and hematopoietic progenitor cell (HPC) production. Single-cell analyses showed decreased TPM1 expression during human HE specification, suggesting that TPM1 regulated in vivo hematopoiesis via similar mechanisms. Indeed, analyses of a TPM1 gene trap mouse model showed that TPM1 deficiency enhanced the formation of HE during embryogenesis. These findings illuminate novel effects of TPM1 on developmental hematopoiesis.

Abstract Multiple sulfatase deficiency (MSD) is an ultra-rare, inherited lysosomal storage disease caused by mutations in the gene sulfatase modifying factor 1 ( SUMF1 ). MSD is characterized by the functional deficiency of all sulfatase enzymes, leading to the storage of sulfated substrates including glycosaminoglycans (GAGs), sulfolipids, and steroid sulfates. Patients with MSD experience severe neurological impairment, hearing loss, organomegaly, corneal clouding, cardiac valve disease, dysostosis multiplex, contractures, and ichthyosis. Here, we generated a novel human model of MSD by reprogramming patient peripheral blood mononuclear cells to establish an MSD iPSC line ( SUMF1 p.A279V). We also generated an isogenic control iPSC line by correcting the pathogenic variant with CRISPR/Cas9 gene editing. We successfully differentiated these iPSC lines into neural progenitor cells (NPCs) and NGN2-induced neurons (NGN2-iN) to model the neuropathology of MSD. Mature neuronal cells exhibited decreased SUMF1 gene expression, increased lysosomal stress, impaired neurite outgrowth and maturation, reduced sulfatase activities, and GAG accumulation. Interestingly, MSD iPSCs and NPCs did not exhibit as severe of phenotypes, suggesting that as neurons differentiate and mature, they become more vulnerable to loss of SUMF1 . In summary, we demonstrate that this human iPSC-derived neuronal model recapitulates the cellular and biochemical features of MSD. These cell models can be used as tools to further elucidate the mechanisms of MSD pathology and for the development of therapeutics.

Identifying causal variants and genes from human genetics studies of hematopoietic traits are important to enumerate basic regulatory mechanisms underlying these traits, and could ultimately augment translational efforts to generate platelets and/or red blood cells in vitro . To identify putative causal genes from these data, we performed computational modelling using available genome-wide association data sets for platelet traits. Our model identified a joint collection of genomic features enriched at established platelet trait associations and plausible candidate variants. Additional studies associating variation at these loci with change in gene expression highlighted the Tropomyosin 1 ( TPM1 ) among our top-ranked candidate genes. CRISPR/Cas9-mediated TPM1 knockout in human induced pluripotent stem cells (iPSCs) enhanced hematopoietic progenitor development, increasing total megakaryocyte as well as erythroid cell yields. Our findings may help explain human genetics associations and identify a novel genetic strategy to enhance in vitro hematopoiesis.