Summary Topologically associating domain (TAD) boundaries are thought to partition the genome into distinct regulatory territories. Anecdotal evidence suggests that their disruption may interfere with normal gene expression and cause disease phenotype 1–3 , but the overall extent to which this occurs remains unknown. Here we show that TAD boundary deletions commonly disrupt normal genome function in vivo . We used CRISPR genome editing in mice to individually delete eight TAD boundaries (11-80kb in size) from the genome in mice. All deletions examined resulted in at least one detectable molecular or organismal phenotype, which included altered chromatin interactions or gene expression, reduced viability, and anatomical phenotypes. For 5 of 8 (62%) loci examined, boundary deletions were associated with increased embryonic lethality or other developmental phenotypes. For example, a TAD boundary deletion near Smad3/Smad6 caused complete embryonic lethality, while a deletion near Tbx5/Lhx5 resulted in a severe lung malformation. Our findings demonstrate the importance of TAD boundary sequences for in vivo genome function and suggest that noncoding deletions affecting TAD boundaries should be carefully considered for potential pathogenicity in clinical genetics screening.

CRISPR–Cas9 gene editing technology has considerably facilitated the generation of mouse knockout alleles, relieving many of the cumbersome and time-consuming steps of traditional mouse embryonic stem cell technology. However, the generation of conditional knockout alleles remains an important challenge. An earlier study reported up to 16% efficiency in generating conditional knockout alleles in mice using 2 single guide RNAs (sgRNA) and 2 single-stranded oligonucleotides (ssODN) (2sgRNA–2ssODN). We re-evaluated this method from a large data set generated from a consortium consisting of 17 transgenic core facilities or laboratories or programs across the world. The dataset constituted 17,887 microinjected or electroporated zygotes and 1,718 live born mice, of which only 15 (0.87%) mice harbored 2 correct LoxP insertions in cis configuration indicating a very low efficiency of the method. To determine the factors required to successfully generate conditional alleles using the 2sgRNA–2ssODN approach, we performed a generalized linear regression model. We show that factors such as the concentration of the sgRNA, Cas9 protein or the distance between the placement of LoxP insertions were not predictive for the success of this technique. The major predictor affecting the method's success was the probability of simultaneously inserting intact proximal and distal LoxP sequences, without the loss of the DNA segment between the two sgRNA cleavage sites. Our analysis of a large data set indicates that the 2sgRNA–2ssODN method generates a large number of undesired alleles (>99%), and a very small number of desired alleles (<1%) requiring, on average 1,192 zygotes.

Abstract Background Dysfunction of cyclic nucleotide phosphodiesterase 7 (PDE7) has been associated with excess intracellular cAMP concentrations, fueling pathogenic processes that are implicated in neurodegenerative disorders. The aim of this study was to develop a suitable PDE7-targeted positron emission tomography (PET) probe that allows non-invasive mapping of PDE7 in the mammalian brain. Methods Based on a spiro cyclohexane-1,4’-quinazolinone scaffold with known inhibitory properties towards PDE7, we designed and synthesized a methoxy analog that was suitable for carbon-11 labeling. Radiosynthesis was conducted with the respective desmethyl precursor using [ 11 C]MeI. The resulting PET probe, codenamed [ 11 C] 26 , was evaluated by cell uptake studies, ex vivo biodistribution and radiometabolite studies, as well as in vivo PET experiments in rodents and nonhuman primates (NHP). Results Target compound 26 and the corresponding phenolic precursor were synthesized in 2-3 steps with overall yields of 49.5% and 12.4%, respectively. An inhibitory constant (IC 50 ) of 31 nM towards PDE7 was obtained and no significant interaction with other PDE isoforms were observed. [ 11 C] 26 was synthesized in high molar activities (170 - 220 GBq/µmol) with radiochemical yields of 34±7%. In vitro cell uptake of [ 11 C] 26 was 6-7 folds higher in PDE7 overexpressing cells, as compared to the controls, whereas an in vitro specificity of up to 90% was measured. Ex vivo metabolite studies revealed a high fraction of intact parent in the rat brain (98% at 5 min and 75% at 30 min post injection). Considerable brain penetration was further corroborated by ex vivo biodistribution and PET imaging studies – the latter showing heterogenic brain uptake. While marginal specific binding was observed by PET studies in rodents, a moderate, but dose-dependent, blockade was observed in the NHP brain following pretreatment with non-radioactive 26 . Conclusion In this work, we report on the preclinical evaluation of [ 11 C] 26 (codename [ 11 C]P7-2104), a PDE7-targeted PET ligand that is based on a spiroquinazolinone scaffold. [ 11 C] 26 displayed promising in vitro performance characteristics, a moderate degree of specific binding in PET studies with NHP. Accordingly, [ 11 C] 26 will serve as a valuable lead compound for the development of a new arsenal of PDE7-targeted probes with potentially improved in vivo specificity.