ABSTRACT RTEL1 is an essential DNA helicase that plays multiple roles in genome stability and telomere length regulation. A variant of RTEL1 with a lysine at position 492 is associated with short telomeres in Mus spretus , while a conserved methionine at this position is found in M. musculus, which has ultra-long telomeres. In humans, a missense mutation at this position ( RTEL1 M492I ) causes a fatal telomere biology disease termed Hoyeraal-Hreidarsson syndrome (HHS). We previously described a M. musculus mouse model termed ‘Telomouse’, in which changing methionine 492 to a lysine (M492K) shortened the telomeres to their length in humans. Here, we report on the derivation of a mouse strain carrying the M492I mutation, termed ‘HHS mouse’. The HHS mouse telomeres are not as short as those of Telomice but nevertheless they display higher levels of telomeric DNA damage, fragility and recombination, associated with anaphase bridges and micronuclei. These observations indicate that the two mutations separate critical functions of RTEL1: M492K mainly reduces the telomere length setpoint, while M492I predominantly disrupts telomere protection. The two mouse models enable dissecting the mechanistic roles of RTEL1 and the different contributions of short telomeres and DNA damage to telomere biology diseases, genomic instability, cancer, and aging.

ABSTRACT Telomeres, the ends of eukaryotic chromosomes, protect genome integrity and enable cell proliferation. Maintaining optimal telomere length in the germline and throughout life limits the risk of cancer and enables healthy aging. Telomeres in the house mouse, Mus musculus , are about five times longer than human telomeres, limiting the use of this common laboratory animal for studying the contribution of telomere biology to aging and cancer. We identified a key amino acid variation in the helicase RTEL1, naturally occurring in the short-telomere mouse species M. spretus. Introducing this variation into M. musculus is sufficient to reduce the telomere length set point in the germline and generate mice with human-length telomeres. While these mice are fertile and appear healthy, the regenerative capacity of their colonic epithelium is compromised. The engineered Telomouse reported here demonstrates a dominant role of RTEL1 in telomere length regulation and provides a unique model for aging and cancer.