Abstract Background Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a heritable pathological condition resulting from mutations in sarcomere-related proteins, leading to severe structural abnormalities without effective treatment options. Although reduced fibroblast growth factor 12 ( FGF12 ) expression is observed in HCM patients, its functional role remains unclear. Methods Employing immunoprecipitation (IP)-mass spectrometry (MS) and CUT&Tag sequencing, we investigated FGF12-interacting proteins in myocardial samples from healthy volunteers and HCM patients. CRISPR-Cas9 was utilized to explore the function and interaction partners of FGF12 in cardiomyocytes induced from human pluripotent stem cells (hiPSCs-CMs), other cell lines, and mouse models (MYH7 R403Q and MYBPC3 c.790G>A , transverse aortic constriction (TAC)). During hypertrophy, FGF12 localizes intranuclearly, prompting investigations into its binding to gene promoter regions through CUT&Tag sequencing and dual-luciferase experiments using myocardial tissues from patients. The beating frequency of hiPS-CMs was assessed using the CardioExcyte 96 real-time label-free cardiomyocyte functional analysis system. Results FGF12 was found to associate with proteins involved in energy metabolism, predominantly localizing to the perinuclear space under physiological conditions but shifting into the nucleus of hypertrophic cardiomyocytes. Co-IP-MS revealed significant interactions between FGF12 and metabolism-associated proteins, particularly GATA binding protein 4 (GATA4) and mitogen-activated protein kinase 1/3 (MAPK1/3) in the perinuclear space. In a hypertrophic state, FGF12 bound to the GATA4 promoter region, increasing its expression upon nuclear translocation. Both in vitro and in vivo models demonstrated that FGF12 interaction with GATA4 inhibited GATA4 and MAPK1/3 phosphorylation, inducing the expression of hypertrophy-associated genes. Overexpression of FGF12-NLS-del (nuclear localization signal deletion) resulted in decreased GATA4 phosphorylation, suggesting inhibition in the perinuclear region. Conclusions This study elucidates a pathological mechanism of HCM involving FGF12, where its nuclear localization enhances phosphorylation, GATA4 expression, and activation of the ERK1/2-pGATA4 pathway genes associated with hypertrophy. Beyond advancing our understanding of HCM, these findings propose FGF12 as a potential therapeutic target for HCM, warranting further exploration to potentially alleviate this condition affecting millions of individuals.

Abstract Aortic root aneurysm is a potentially life-threatening condition that may lead to aortic rupture and is often associated with genetic syndromes, such as Marfan syndrome (MFS). Although studies with MFS animal models have provided valuable insights into the pathogenesis of aortic root aneurysms, our understanding of the transcriptomic and epigenomic landscape in human aortic root tissue remains incomplete. This knowledge gap has impeded the development of effective targeted therapies. Here, this study performs the first integrative analysis of single-nucleus multiomic (gene expression and chromatin accessibility) and spatial transcriptomic sequencing data of human aortic root tissue under healthy and MFS conditions. Cell-type-specific transcriptomic and cis-regulatory profiles in the human aortic root are identified. Regulatory and spatial dynamics during phenotypic modulation of vascular smooth muscle cells (VSMCs), the cardinal cell type, are delineated. Moreover, candidate key regulators driving the phenotypic modulation of VSMC, such as FOXN3 , TEAD1 , BACH2 , and BACH1 , are identified. In vitro experiments demonstrate that FOXN3 functions as a novel key regulator for maintaining the contractile phenotype of human aortic VSMCs through targeting ACTA2. These findings provide novel insights into the regulatory and spatial dynamics during phenotypic modulation in the aneurysmal aortic root of humans.

ABSTRACT BACKGROUND Hypertrophy cardiomyopathy (HCM) is the most common cardiac genetic disorder with the histopathological features of cardiomyocyte hypertrophy and cardiac fibrosis. The pathological remodeling that occurs in the myocardium of HCM patients may ultimately progress to heart failure and death. A thorough understanding of the cell type-specific changes in the pathological cardiac remodeling of HCM is crucial for developing successful medical therapies to prevent or mitigate the progression of this disease. METHODS We performed single-nucleus RNA-seq of the cardiac tissues from 10 HCM patients and 2 healthy donors, and conducted spatial transcriptomic assays of 4 cardiac tissue sections from 3 HCM patients. Comparative analyses were performed to explore the lineage-specific changes in expression profile, subpopulation composition and intercellular communication in the cardiac tissues of HCM patients. Based on the results of independent analyses including pseudotime ordering, differential expression analysis, and differential regulatory network analysis, we prioritized candidate therapeutic targets for mitigating the progression to heart failure or attenuating the cardiac fibrosis in HCM. Using the spatial transcriptomic data, we examined the spatial activity patterns of the key candidate genes, pathways and subpopulations. RESULTS Unbiased clustering of 55,122 nuclei from HCM and healthy conditions revealed 9 cell lineages and 28 clusters. Significant expansion of vascular-related lineages and contraction of cardiomyocytes, fibroblasts and myeloid cells in HCM were observed. The transcriptomic dynamics during the transition towards the failing state of cardiomyocytes in HCM were uncovered. Candidate target genes for mitigating the progression to heart failure in HCM were obtained such as FGF12 , IL31RA , BDNF , S100A1 , CRYAB and PROS1 . The transcriptomic dynamics underlying the fibroblast activation were also uncovered, and candidate targets for attenuating the cardiac fibrosis in HCM were obtained such as RUNX1 , MEOX1 , AEBP1 , LEF1 and NRXN3 . CONCLUSIONS We provided a comprehensive analysis of the lineage-specific regulatory changes in HCM. Our analysis identified a vast array of candidate therapeutic target genes and pathways to prevent or attenuate the pathological remodeling of HCM. Our datasets constitute a valuable resource to examine the lineage-specific expression changes of HCM at single-nucleus and spatial resolution. We developed a web-based interface ( http://snsthcm.fwgenetics.org/ ) for further exploration.