Abstract The protein titin determines cardiomyocyte contraction and truncating variants in the titin gene ( TTN ) are the most common cause of dilated cardiomyopathy (DCM). Different to truncations, missense variants in TTN are currently classified as variants of uncertain significance due to their high frequency in the population and the absence of functional annotation. Here, we report the regulatory role of conserved, mechanically active titin cysteines, which, contrary to current views, we uncover to be reversibly oxidized in basal conditions leading to isoform- and force-dependent modulation of titin stiffness and dynamics. Building on our functional studies, we demonstrate that missense mutations targeting a conserved titin cysteine alter myocyte contractile function and cause DCM in humans. Our findings have a direct impact on genetic counselling in clinical practice. One sentence summary Mutations targeting cysteines key to the mechanoredox control of titin cause human dilated cardiomyopathy

Abstract Single-molecule methods using recombinant proteins have generated transformative hypotheses on how mechanical forces are generated and sensed in biological tissues. However, testing these mechanical hypotheses on native molecules in their natural environment remains inaccessible to conventional genetics, biophysics and molecular biology tools. To address these limitations, here we demonstrate a genetically engineered knock-in mouse model carrying a HaloTag-TEV insertion in the protein titin, the main determinant of myocyte stiffness. Using our system, we have specifically severed the titin filament by digestion with TEV protease, and found that the response of muscle fibers to length changes requires mechanical transduction through titin’s intact polypeptide chain. HaloTag-based covalent tethering has enabled directed examination of the dynamics of titin under 1-100 pN forces using recently developed magnetic tweezers. At pulling forces lower than 10 pN, titin domains are readily recruited to the unfolded state, and produce 41.5 zJ mechanical work during refolding. Our results support an active role of titin in muscle contraction in coordination with actomyosin motors. Insertion of the HaloTag-TEV cassette in proteins with mechanical roles opens new grounds to explore the molecular basis of cellular force generation, mechanosensing and mechanotransduction.

ABSTRACT Myosin inhibitor mavacamten is the only targeted treatment available for hypertrophic cardiomyopathy (HCM), a disease caused by hundreds of genetic variants that affect mainly sarcomeric myosin and its negative regulator cardiac myosin-binding protein C (cMyBP-C, encoded by MYBPC3 ). Here, we have examined whether the reported limited efficacy of mavacamten in a fraction of HCM patients can result from dissimilar HCM pathomechanisms triggered by different genetic variants, a scenario particularly relevant for MYBPC3 -associated HCM. To this aim, we have generated knock-in mice including missense pathogenic variant cMyBP-C p.R502W, which, different from patients who carry truncations in the protein, develop progressive pathogenic myocardial remodeling in the absence of alterations of cMyBP-C levels and localization. Mechanistically, we find that mutation R502W reduces the binding affinity of cMyBP-C for myosin without inducing a shift towards more active myosin conformations as observed when cMyBP-C levels are reduced. Despite these diverging molecular alterations, we show that mavacamten blunts myocardial remodeling both in R502W and cMyBP-C-deficient, knock-out hearts. These beneficial effects are accompanied by improved tolerance to exercise only in R502W animals. Hence, our results indicate that myosin inhibition is effective to treat HCM caused by both truncating and missense variants in MYBPC3 regardless of the primary pathomechanisms they elicit.