Mutations in whole organisms are powerful ways of interrogating gene function in a realistic context. We describe a program, the Sanger Institute Mouse Genetics Project, that provides a step toward the aim of knocking out all genes and screening each line for a broad range of traits. We found that hitherto unpublished genes were as likely to reveal phenotypes as known genes, suggesting that novel genes represent a rich resource for investigating the molecular basis of disease. We found many unexpected phenotypes detected only because we screened for them, emphasizing the value of screening all mutants for a wide range of traits. Haploinsufficiency and pleiotropy were both surprisingly common. Forty-two percent of genes were essential for viability, and these were less likely to have a paralog and more likely to contribute to a protein complex than other genes. Phenotypic data and more than 900 mutants are openly available for further analysis. PAPERCLIP:

The mouse inbred line C57BL/6J is widely used in mouse genetics and its genome has been incorporated into many genetic reference populations. More recently large initiatives such as the International Knockout Mouse Consortium (IKMC) are using the C57BL/6N mouse strain to generate null alleles for all mouse genes. Hence both strains are now widely used in mouse genetics studies. Here we perform a comprehensive genomic and phenotypic analysis of the two strains to identify differences that may influence their underlying genetic mechanisms.We undertake genome sequence comparisons of C57BL/6J and C57BL/6N to identify SNPs, indels and structural variants, with a focus on identifying all coding variants. We annotate 34 SNPs and 2 indels that distinguish C57BL/6J and C57BL/6N coding sequences, as well as 15 structural variants that overlap a gene. In parallel we assess the comparative phenotypes of the two inbred lines utilizing the EMPReSSslim phenotyping pipeline, a broad based assessment encompassing diverse biological systems. We perform additional secondary phenotyping assessments to explore other phenotype domains and to elaborate phenotype differences identified in the primary assessment. We uncover significant phenotypic differences between the two lines, replicated across multiple centers, in a number of physiological, biochemical and behavioral systems.Comparison of C57BL/6J and C57BL/6N demonstrates a range of phenotypic differences that have the potential to impact upon penetrance and expressivity of mutational effects in these strains. Moreover, the sequence variants we identify provide a set of candidate genes for the phenotypic differences observed between the two strains.

ABSTRACT Age-related hearing loss in humans (presbycusis) typically involves impairment of high frequency sensitivity before becoming progressively more severe at lower frequencies. Pathologies initially affecting lower frequency regions of hearing are less common. Here we describe a progressive, predominantly low-frequency hearing impairment in two mutant mouse lines, carrying different mutant alleles of the Klhl18 gene: a spontaneous missense mutation ( Klhl18 lowf ) and a targeted mutation ( Klhl18 tm1a(KOMP)Wtsi ). Both males and females were studied, and the two mutant lines showed similar phenotypes. Auditory brainstem response (ABR) thresholds (a measure of auditory nerve and brainstem neural activity) were normal at 3 weeks old but showed progressive increases from 4 weeks onwards. In contrast, distortion product otoacoustic emission (DPOAE) sensitivity and amplitudes (a reflection of cochlear outer hair cell function) remained normal in mutants. Electrophysiological recordings from the round window of Klhl18 lowf mutants at 6 weeks old revealed 1) raised compound action potential thresholds that were similar to ABR thresholds, 2) cochlear microphonic potentials that were normal compared with wildtype and heterozygous control mice and 3) summating potentials that were reduced in amplitude compared to control mice. Scanning electron microscopy showed that Klhl18 lowf mutant mice had abnormally tapering inner hair cell stereocilia in the apical half of the cochlea while their synapses appeared normal. These results suggest that Klhl18 is necessary to maintain inner hair cell stereocilia and normal inner hair cell function at low frequencies. Klhl18 mutant mice exhibit an uncommon low frequency hearing impairment with physiological features consistent with Auditory Neuropathy Spectrum Disorder (ANSD). SIGNIFICANCE STATEMENT We describe a novel progressive hearing loss in Klhl18 mutant mice that affects the lower frequencies of its’ hearing range. Investigation of two mutant alleles of this gene revealed primary inner hair cell defects affecting the neural output of the cochlea while outer hair cell function appeared normal. The tallest stereocilia of inner hair cells showed an abnormal tapering shape, especially notable in the apical half of the cochlear duct corresponding to the low frequency hearing loss. Our finding of a primary inner hair cell defect associated with raised thresholds for auditory brainstem responses combined with normal outer hair cell function suggests that Klhl18 deficiency and inner hair cell pathology may contribute to Auditory Neuropathy Spectrum Disorder in humans.

Abstract Mice carrying targeted mutations are important for investigating gene function and the role of genes in disease, but the process of culturing embryonic stem cells during the making of a targeted allele offers opportunities for spontaneous mutations to arise. Identifying spontaneous mutations relies on the detection of phenotypes segregating independently of targeted alleles, and many phenotypes are easy to miss if not specifically looked for. Here we present data from a large, targeted knockout programme in which mice were analysed through a phenotyping pipeline. Twenty-five lines out of 1311 displayed different deafness phenotypes that did not segregate with the targeted allele. We have identified 8 different mutations causing deafness in 16 of these 25 lines and characterised the resulting phenotypes. Our data show that spontaneous mutations with observable effects on phenotype are a common side effect of intensive breeding programmes, including those underlying targeted mutation programmes.

Abstract Hearing loss is highly heterogeneous but one common form involves a failure to maintain the local ionic environment of the sensory hair cells reflected in a reduced endocochlear potential. We used a genetic approach to ask if this type of pathology can be reversed, using the Spns2 tm1a mouse mutant known to show this defect. By activating Spns2 gene transcription at different ages after the onset of hearing loss we found that an existing auditory impairment can be reversed to give close to normal thresholds for an Auditory Brainstem Response (ABR), at least at low to mid stimulus frequencies. Delaying the activation of Spns2 led to less effective recovery of ABR thresholds suggesting there is a critical period for intervention. Early activation of Spns2 not only led to improvement in auditory function but also to protection of sensory hair cells from secondary degeneration. The genetic approach we have used to establish that this type of hearing loss is in principle reversible could be extended to many other diseases using available mouse resources. Significance statement Neurological diseases are often thought to be irreversible, including hearing loss. In this study we found that one type of hearing loss can be reversed as long as the treatment is delivered within a critical period early in disease progression. This result is a proof-of-concept that hearing loss not only can be avoided but also may be reversed. This genetic approach can be used for a wide range of diseases using existing mouse resources.

The microRNA miR-96 is important for hearing, as point mutations in humans and mice result in dominant progressive hearing loss. Mir96 is expressed in sensory cells along with Mir182 and Mir183 , but the roles of these closely-linked microRNAs are as yet unknown. Here we analyse mice carrying null alleles of Mir182 , and of Mir183 and Mir96 together to investigate their roles in hearing. We found that Mir183 / 96 heterozygous mice had normal hearing and homozygotes were completely deaf with abnormal hair cell stereocilia bundles and reduced numbers of inner hair cell synapses at four weeks old. Mir182 knockout mice developed normal hearing then exhibited progressive hearing loss. We developed a new bioinformatic tool for creating a causal network connecting transcriptional regulators to their misregulated genes using publicly available data (PoPCoRN) to aid analysis of RNAseq data from the two new mutants. Our transcriptional analyses revealed significant changes in a range of other genes, but surprisingly there were fewer genes with altered expression in the organ of Corti of Mir183/96 null mice compared with our previous findings in Mir96Dmdo mutants which have a point mutation in the miR-96 seed region. This suggests the more severe phenotype of Mir96Dmdo mutants compared with Mir183 / 96 mutants, including progressive hearing loss in Mir96Dmdo heterozygotes, is likely to be mediated by the gain of novel target genes in addition to the loss of its normal targets.

Variants in the gene