ABSTRACT The causal genetic underpinnings of congenital heart diseases, which are often complex and with multigenic background, are still far from understood. Moreover, there are also predominantly monogenic heart defects, such as cardiomyopathies, with known disease genes for the majority of cases. In this study, we identified mutations in myomesin 2 ( MYOM2 ) in patients with Tetralogy of Fallot (TOF), the most common cyanotic heart malformation, as well as in patients with hypertrophic cardiomyopathy (HCM), who do not exhibit any mutations in the known disease genes. MYOM2 is a major component of the myofibrillar M-band of the sarcomere and a hub gene within interactions of sarcomere genes. We show that patient-derived cardiomyocytes exhibit myofibrillar disarray and reduced passive force with increasing sarcomere lengths. Moreover, our comprehensive functional analyses in the Drosophila animal model reveal that the so far uncharacterized fly gene CG14964 may be an ortholog of MYOM2 , as well as other myosin binding proteins (henceforth named as Drosophila M yomesin a n d M yosin Binding protein (dMnM) ). Its partial loss-of-function or moderate cardiac knockdown results in cardiac dilation, whereas more severely reduced function causes a constricted phenotype and an increase in sarcomere myosin protein. Moreover, compound heterozygous combinations of CG14964 and the sarcomere gene Mhc ( MYH6/7 ) exhibited synergistic genetic interactions. In summary, our results suggest that MYOM2 not only plays a critical role in maintaining robust heart function but may also be a candidate gene for heart diseases such as HCM and TOF, as it is clearly involved in the development of the heart. SUMMARY STATEMENT MYOM2 plays a critical role in establishing or maintaining robust heart function and is a candidate gene for heart diseases such as hypertrophic cardiomyopathy and Tetralogy of Fallot.

Abstract The β-myosin heavy chain expressed in ventricular myocardium and the myosin heavy chain (MyHC) in slow-twitch skeletal soleus muscle type-I fibers are both encoded by MYH7 . Thus, these myosin molecules are deemed equivalent. However, some reports suggested variations in the light chain composition between soleus and ventricular myosin, which could influence functional parameters such as maximum velocity of shortening. To test for functional differences of the actin gliding velocity on immobilized myosin molecules we made use of the in vitro motility assay. We found that ventricular myosin moved actin filaments with approx. 0.9 μm/s significantly faster than soleus myosin (0.3 μm/s). Unregulated actin filaments are not the native interaction partner of myosin and are believed to slow down movement. Yet, using native thin filaments purified from soleus or ventricular tissue, the gliding velocity of soleus and ventricular myosin remained significantly different. When comparing the light chain composition of ventricular and soleus β-myosin a difference became evident. Soleus myosin contains not only the “ventricular” essential light chain (ELC) MLC1sb/v, but also an additional longer and more positively charged MLC1sa. Moreover, we revealed that on a single muscle fiber level, a higher relative content of MLC1sa was associated with significantly slower actin gliding. We conclude that the ELC MLC1sa decelerates gliding velocity presumably by a decreased dissociation rate from actin associated with a higher actin affinity compared to MLC1sb/v. Such ELC/actin interactions might also be relevant in vivo as differences between soleus and ventricular myosin persisted when native thin filaments were used. Summary Compared to the “ventricular” essential myosin light chain MLC1sb/v, the longer and more positively charged MLC1sa present in slow-twitch soleus muscle fibers decelerates actin filament gliding on β-myosin molecules presumably by a decreased dissociation rate from actin filaments.

Summary Adverse effects of chemotherapies can outweigh the benefits in cancer patients. Various chemotherapeutics are linked to muscle wasting or cachexia, drastically reducing the chance of survivability of cancer patients. Insights into the molecular basis of chemotherapy-induced cachexia is an unmet need to improve the treatment strategies. Here, we investigated the tyrosine kinase inhibitor class of chemotherapeutic agents for their effects on muscle function. Sorafenib, but not Nilotinib and Imatinib, triggered cachexia. System-wide transcriptome and proteome analyses revealed that Sorafenib alters the global transcriptional program and proteostasis in muscle cells. Mechanistically, Sorafenib treatment reduced active epigenetic mark H3K4 methylation on distinct muscle-specific genes due to the defective chromatin association of SET1/A, a catalytic component of the SET1/MLL complex. It favored transcriptionally incompetent chromatin, characterized by diminished association with RNA polymerase II. The transcriptional reorientation led to disrupted sarcomere organization, calcium homeostasis, and mitochondrial respiration. Consequently, the contractile ability of muscle cells was severely compromised. Collectively, we identified an unanticipated transcriptional mechanism underlying Sorafenib-induced cachexia. Our findings hold the potential to strategize therapy regimens to minimize chemotherapy-induced cachexia and improve treatment outcomes.

Abstract The myosin II motors are ATP-powered, force-generating machines driving cardiac and muscle contraction. Myosin II heavy chain isoform-beta (β-MyHC) is primarily expressed in the ventricular myocardium and slow-twitch muscle fibers, such as in M. soleus. M. soleus-derived myosin II (SolM-II) is often used as an alternative to the ventricular β-cardiac myosin (βM-II); however, the direct assessment of detailed biochemical and mechanical features of the native myosins is limited. By employing the optical trapping method, we examined the mechanochemical properties of the native myosins isolated from rabbit heart ventricle and M. soleus muscles at the single-molecule level. Contrary to previous reports, the purified motors from the two tissue sources, despite the same MyHC isoform, displayed distinct motile and ATPase kinetic properties. βM-II was ∼threefold faster in the actin filament-gliding assay than SolM-II. The maximum acto-myosin (AM) detachment rate derived in single-molecule assays was ∼threefold higher in βM-II. The stroke size for both myosins was comparable. The stiffness of the ‘AM rigor’ cross-bridge was also similar for both the motor forms. The stiffness of βM-II was found to be determined by the nucleotide state of the actin-bound myosin. Our analysis revealed distinct kinetic differences, i.e., a higher AM detachment rate for the βM-II, corresponding to the ADP release rates from the cross-bridge, thus elucidating the observed differences in the motility driven by βM-II and SolM-II. These studies have important implications for the future choice of tissue sources to gain insights into cardiomyopathies