Weaver syndrome (WS) is a developmental overgrowth and intellectual disability disorder caused by heterozygous mutations in EZH2. EZH2 encodes the enzymatic subunit of Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) which mediates methylation of histone H3 lysine residue 27 (H3K27). Although PRC2 has been extensively studied at the molecular level, the effects of WS-associated EZH2 mutations on cells remain poorly understood. In this study, we expressed WS-associated EZH2 variants in mouse embryonic stem cells and found that they have dominant negative effects on Polycomb repressive function. These EZH2 variants decrease H3K27me2/3 and increase H3K27ac levels at intergenic regions, causing global chromatin decompaction and transcriptional upregulation of sensitive Polycomb target genes. Interestingly, a contrasting EZH2 variant linked to growth restriction caused opposing changes in H3K27 methylation and acetylation, and repressed the same cohort of Polycomb target genes. Our study provides insights into the molecular mechanisms of EZH2-mutant human growth disorders, revealing the opposing changes in chromatin and transcription associated with Weaver syndrome and growth restriction, respectively.

ABSTRACT Diffuse midline glioma (DMG) is a fatal childhood brain tumour characterised primarily by mutant histone H3 (H3K27M). H3K27M causes a global reduction in Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2)-mediated H3K27me3 by inhibiting PRC2 enzymatic activity. Paradoxically, PRC2 is essential in DMG tumour cells where residual complex activity is required for oncogenic gene repression, although the molecular mechanisms acting downstream of PRC2 in this context are poorly understood. Here, we’ve discovered this oncogenic gene repression is mediated by specific canonical PRC1 (cPRC1) formations. By combining CRISPR screening, biochemical and chromatin mapping approaches with functional perturbations we show that cPRC1 complexes containing CBX4 and PCGF4 drive oncogenic gene repression downstream of H3K27me3 in DMG cells. Remarkably, the altered H3K27me3 modification landscape characteristic of these tumours rewires the distribution of cPRC1 complexes on chromatin. CBX4 and PCGF4 containing cPRC1 accumulate at sites of H3K27me3 while other cPRC1 formations are displaced. Despite accounting for <5% of cPRC1 complexes in DMG, CBX4/PCGF4-containing complexes predominate as gene repressors. Our findings link the altered distribution of H3K27me3 with imbalanced cPRC1 function, promoting oncogenic gene repression in DMG cells, revealing new disease mechanisms and highlighting potential therapeutic opportunities in this incurable childhood brain tumour.

RNA sequencing (RNASeq) has been widely used to associate alterations in Chinese hamster ovary (CHO) cell gene expression with bioprocess phenotypes, however alternative mRNA splicing, has thus far, received little attention. In this study, we utilised RNASeq for transcriptomic analysis of a monoclonal antibody producing CHOK1 cell line subjected to a temperature shift. More than 2,365 instances of differential splicing were observed 24hrs after the reduction of cell culture temperature. 1,163 of these alternative splicing events were identified in genes where no changes in abundance were detected by standard differential expression analysis. Ten examples of alternative splicing were selected for independent validation using qPCR in the monoclonal antibody producing CHOK1 line used for RNASeq and a further 2 CHOK1 cell lines. This analysis provided evidence that exon skipping and mutually exclusive splicing events occur in genes linked to the cellular response to changes in temperature and mitochondrial function. While further work is required to determine the impact of changes in mRNA sequence on cellular phenotype, this study demonstrates that alternative splicing analysis can be utilised to gain a deeper understanding of post-transcriptional regulation in CHO cells during biopharmaceutical production.