RNA-binding motif protein 20 (RBM20) is essential for normal splicing of many cardiac genes, and loss of RBM20 causes dilated cardiomyopathy. Given its role in splicing, we hypothesized an important role for RBM20 in forming circular RNAs (circRNAs), a novel class of noncoding RNA molecules.To establish the role of RBM20 in the formation of circRNAs in the heart.Here, we performed circRNA profiling on ribosomal depleted RNA from human hearts and identified the expression of thousands of circRNAs, with some of them regulated in disease. Interestingly, we identified 80 circRNAs to be expressed from the titin gene, a gene that is known to undergo highly complex alternative splicing. We show that some of these circRNAs are dynamically regulated in dilated cardiomyopathy but not in hypertrophic cardiomyopathy. We generated RBM20-null mice and show that they completely lack these titin circRNAs. In addition, in a cardiac sample from an RBM20 mutation carrier, titin circRNA production was severely altered. Interestingly, the loss of RBM20 caused only a specific subset of titin circRNAs to be lost. These circRNAs originated from the RBM20-regulated I-band region of the titin transcript.We show that RBM20 is crucial for the formation of a subset of circRNAs that originate from the I-band of the titin gene. We propose that RBM20, by excluding specific exons from the pre-mRNA, provides the substrate to form this class of RBM20-dependent circRNAs.

Background: Mutations in RBM20 (RNA-binding motif protein 20) cause a clinically aggressive form of dilated cardiomyopathy, with an increased risk of malignant ventricular arrhythmias. RBM20 is a splicing factor that targets multiple pivotal cardiac genes, such as Titin (TTN) and CAMK2D (calcium/calmodulin-dependent kinase II delta). Aberrant TTN splicing is thought to be the main determinant of RBM20-induced dilated cardiomyopathy, but is not likely to explain the increased risk of arrhythmias. Here, we investigated the extent to which RBM20 mutation carriers have an increased risk of arrhythmias and explore the underlying molecular mechanism. Methods: We compared clinical characteristics of RBM20 and TTN mutation carriers and used our previously generated Rbm20 knockout (KO) mice to investigate downstream effects of Rbm20-dependent splicing. Cellular electrophysiology and Ca 2+ measurements were performed on isolated cardiomyocytes from Rbm20 KO mice to determine the intracellular consequences of reduced Rbm20 levels. Results: Sustained ventricular arrhythmias were more frequent in human RBM20 mutation carriers than in TTN mutation carriers (44% versus 5%, respectively, P =0.006). Splicing events that affected Ca 2+ - and ion-handling genes were enriched in Rbm20 KO mice, most notably in the genes CamkIIδ and RyR2. Aberrant splicing of CamkIIδ in Rbm20 KO mice resulted in a remarkable shift of CamkIIδ toward the δ-A isoform that is known to activate the L-type Ca 2+ current ( I Ca,L ). In line with this, we found an increased I Ca,L , intracellular Ca 2+ overload and increased sarcoplasmic reticulum Ca 2+ content in Rbm20 KO myocytes. In addition, not only complete loss of Rbm20, but also heterozygous loss of Rbm20 increased spontaneous sarcoplasmic reticulum Ca 2+ releases, which could be attenuated by treatment with the I Ca,L antagonist verapamil. Conclusions: We show that loss of Rbm20 disturbs Ca 2+ handling and leads to more proarrhythmic Ca 2+ releases from the sarcoplasmic reticulum. Patients that carry a pathogenic RBM20 mutation have more ventricular arrhythmias despite a similar left ventricular function, in comparison with patients with a TTN mutation. Our experimental data suggest that RBM20 mutation carriers may benefit from treatment with an I Ca,L blocker to reduce their arrhythmia burden.

Abstract Dilated cardiomyopathy (DCM) is the second most common cause for heart failure with no cure except a high-risk heart transplantation. Approximately 30% of DCM patients harbor heritable mutations which are amenable to CRISPR-based gene therapy 1 . However, challenges related to delivery of the editing complex and off-target concerns hamper the broad applicability of CRISPR agents in the heart 2 . We employed a combination of the viral gene transfer vector AAVMYO with superior targeting specificity of heart muscle tissue 3 and CRISPR base editors to repair patient mutations in the cardiac splice factor Rbm20 , which cause aggressive and arrhythmogenic DCM 4 . Using optimized conditions, we could improve splice defects in human iPSC-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) and repair >70% of cardiomyocytes in two Rbm20 knock-in mouse models that we generated to serve as an in vivo platform of our editing strategy. Treatment of juvenile mice restored the localization defect of RBM20 in 75% of cells and splicing of RBM20 targets including TTN. Three months after injection, cardiac dilation and ejection fraction reached wildtype levels. Single-nuclei RNA sequencing (snRNA-seq) uncovered restoration of the transcriptional profile across all major cardiac cell types and whole-genome sequencing (WGS) revealed no evidence for aberrant off-target editing. Our study highlights the potential of base editors combined with AAVMYO to achieve gene repair for treatment of hereditary cardiac diseases.