Inherited mutations cause approximately 35 percent of cases of dilated cardiomyopathy; however, few genes associated with this disease have been identified. Previously, we located a gene defect that was responsible for autosomal dominant dilated cardiomyopathy and conduction-system disease on chromosome 1p1–q21, where nuclear-envelope proteins lamin A and lamin C are encoded by the LMNA (lamin A/C) gene. Mutations in the head or tail domain of this gene cause Emery–Dreifuss muscular dystrophy, a childhood-onset disease characterized by joint contractures and in some cases by abnormalities of cardiac conduction during adulthood.

The Myocardial Infarction Genetics Consortium reports results of a genome-wide association study of early-onset myocardial infarction. The study analyzed common SNPs, common CNVs and rare CNVs and identified SNP alleles at three new loci associated with disease risk. We conducted a genome-wide association study testing single nucleotide polymorphisms (SNPs) and copy number variants (CNVs) for association with early-onset myocardial infarction in 2,967 cases and 3,075 controls. We carried out replication in an independent sample with an effective sample size of up to 19,492. SNPs at nine loci reached genome-wide significance: three are newly identified (21q22 near MRPS6-SLC5A3-KCNE2, 6p24 in PHACTR1 and 2q33 in WDR12) and six replicated prior observations1,2,3,4 (9p21, 1p13 near CELSR2-PSRC1-SORT1, 10q11 near CXCL12, 1q41 in MIA3, 19p13 near LDLR and 1p32 near PCSK9). We tested 554 common copy number polymorphisms (>1% allele frequency) and none met the pre-specified threshold for replication (P < 10−3). We identified 8,065 rare CNVs but did not detect a greater CNV burden in cases compared to controls, in genes compared to the genome as a whole, or at any individual locus. SNPs at nine loci were reproducibly associated with myocardial infarction, but tests of common and rare CNVs failed to identify additional associations with myocardial infarction risk.

We demonstrate that missense mutations (Asp175Asn; Glu180Gly) in the α-tropomyosin gene cause familial hypertrophic cardiomyopathy (FHC) linked to chromosome 15q2. These findings implicated components of the troponin complex as candidate genes at other FHC loci, particularly cardiac troponin T, which was mapped in this study to chromosome 1q. Missense mutations (Ile79Asn; Arg92Gln) and a mutation in the splice donor sequence of intron 15 of the cardiac troponin T gene are also shown to cause FHC. Because α-tropomyosin and cardiac troponin T as well as β myosin heavy chain mutations cause the same phenotype, we conclude that FHC is a disease of the sarcomere. Further, because the splice site mutation is predicted to function as a null allele, we suggest that abnormal stolchiometry of sarcomeric proteins can cause cardiac hypertrophy.

Recent studies indicate that mammals, including humans, maintain some capacity to renew cardiomyocytes throughout postnatal life. Yet, there is little or no significant cardiac muscle regeneration after an injury such as acute myocardial infarction. By contrast, zebrafish efficiently regenerate lost cardiac muscle, providing a model for understanding how natural heart regeneration may be blocked or enhanced. In the absence of lineage-tracing technology applicable to adult zebrafish, the cellular origins of newly regenerated cardiac muscle have remained unclear. Using new genetic fate-mapping approaches, here we identify a population of cardiomyocytes that become activated after resection of the ventricular apex and contribute prominently to cardiac muscle regeneration. Through the use of a transgenic reporter strain, we found that cardiomyocytes throughout the subepicardial ventricular layer trigger expression of the embryonic cardiogenesis gene gata4 within a week of trauma, before expression localizes to proliferating cardiomyocytes surrounding and within the injury site. Cre-recombinase-based lineage-tracing of cells expressing gata4 before evident regeneration, or of cells expressing the contractile gene cmlc2 before injury, each labelled most cardiac muscle in the ensuing regenerate. By optical voltage mapping of surface myocardium in whole ventricles, we found that electrical conduction is re-established between existing and regenerated cardiomyocytes between 2 and 4 weeks post-injury. After injury and prolonged fibroblast growth factor receptor inhibition to arrest cardiac regeneration and enable scar formation, experimental release of the signalling block led to gata4 expression and morphological improvement of the injured ventricular wall without loss of scar tissue. Our results indicate that electrically coupled cardiac muscle regenerates after resection injury, primarily through activation and expansion of cardiomyocyte populations. These findings have implications for promoting regeneration of the injured human heart.

Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy (ARVC) is associated with fibrofatty replacement of cardiac myocytes, ventricular tachyarrhythmias and sudden cardiac death. In 32 of 120 unrelated individuals with ARVC, we identified heterozygous mutations in PKP2, which encodes plakophilin-2, an essential armadillo-repeat protein of the cardiac desmosome. In two kindreds with ARVC, disease was incompletely penetrant in most carriers of PKP2 mutations.

This study sought to explore the role of new biomarkers in heart failure (HF). We investigated the utility of novel serum markers alone or together with natriuretic peptide testing for diagnosis and short-term prognosis estimation in subjects with acute HF. Plasma levels of amino-terminal pro-brain natriuretic peptide (NT-proBNP), apelin, and galectin-3 were measured in 599 patients presenting with dyspnea at the emergency department, of which 209 (35%) had acute HF. The NT-proBNP was superior to either apelin or galectin-3 for diagnosis of acute HF, although galectin-3 levels were significantly higher in subjects with HF compared with those without. Receiver operating characteristic analysis for mortality prediction showed that, for 60-day prognosis, galectin-3 had the greatest area under the curve (AUC) at 0.74 (p = 0.0001), whereas NT-proBNP and apelin had an AUC of 0.67 (p = 0.009) and 0.54 (p = 0.33). In a multivariate logistic regression analysis, an elevated level of galectin-3 was the best independent predictor of 60-day mortality (odds ratio 10.3, p < 0.01) or the combination of death/recurrent HF within 60 days (odds ratio 14.3, p < 0.001). The Kaplan-Meier analyses showed that the combination of an elevated galectin-3 with NT-proBNP was a better predictor of mortality than either of the 2 markers alone. Our data show potential utility of galectin-3 as a useful marker for evaluation of patients with suspected or proven acute HF, whereas apelin measurement was not useful for these indications. Moreover, the combination of galectin-3 with NT-proBNP was the best predictor for prognosis in subjects with acute HF.

Alternative splicing affects the function of many cardiac proteins, including that of the sarcomeric protein titin. Wei Guo et al. now show that the gene RBM20, previously identified as mutated in some individuals with dilated cardiomyopathy, is a splicing factor that regulates the alternative splicing of the gene encoding titin and many other key cardiac genes. Alternative splicing has a major role in cardiac adaptive responses, as exemplified by the isoform switch of the sarcomeric protein titin, which adjusts ventricular filling. By positional cloning using a previously characterized rat strain with altered titin mRNA splicing, we identified a loss-of-function mutation in the gene encoding RNA binding motif protein 20 (Rbm20) as the underlying cause of pathological titin isoform expression. The phenotype of Rbm20-deficient rats resembled the pathology seen in individuals with dilated cardiomyopathy caused by RBM20 mutations. Deep sequencing of the human and rat cardiac transcriptome revealed an RBM20-dependent regulation of alternative splicing. In addition to titin (TTN), we identified a set of 30 genes with conserved splicing regulation between humans and rats. This network is enriched for genes that have previously been linked to cardiomyopathy, ion homeostasis and sarcomere biology. Our studies emphasize the key role of post-transcriptional regulation in cardiac function and provide mechanistic insights into the pathogenesis of human heart failure.

Neuroactive small molecules are indispensable tools for treating mental illnesses and dissecting nervous system function. However, it has been difficult to discover novel neuroactive drugs. Here, we describe a high-throughput, behavior-based approach to neuroactive small molecule discovery in the zebrafish. We used automated screening assays to evaluate thousands of chemical compounds and found that diverse classes of neuroactive molecules caused distinct patterns of behavior. These 'behavioral barcodes' can be used to rapidly identify new psychotropic chemicals and to predict their molecular targets. For example, we identified new acetylcholinesterase and monoamine oxidase inhibitors using phenotypic comparisons and computational techniques. By combining high-throughput screening technologies with behavioral phenotyping in vivo, behavior-based chemical screens can accelerate the pace of neuroactive drug discovery and provide small-molecule tools for understanding vertebrate behavior.