Abstract Cardiogenesis relies on the precise spatiotemporal coordination of multiple progenitor populations. Understanding the specification and differentiation of these distinct progenitor pools during human embryonic development is crucial for advancing our knowledge of congenital cardiac malformations and designing new regenerative therapies. By combining genetic labelling, single-cell transcriptomics, and ex vivo human-mouse embryonic chimeras we uncovered that modulation of retinoic acid signaling instructs human pluripotent stem cells to form heart field-specific progenitors with distinct fate potentials. In addition to the classical first and second heart fields, we observed the appearance of juxta-cardiac field progenitors giving rise to both myocardial and epicardial cells. Applying these findings to stem-cell based disease modelling we identified specific transcriptional dysregulation in first and second heart field progenitors derived from stem cells of a patient with hypoplastic left heart syndrome. This highlights the suitability of our in vitro differentiation platform for studying human cardiac development and disease.

ABSTRACT After myocardial infarction in the adult heart the remaining, non-infarcted tissue adapts to compensate the loss of functional tissue. This adaptation requires changes in gene expression networks, which are mostly controlled by transcription regulating proteins. Long non-coding transcripts (lncRNAs) are now recognized for taking part in fine-tuning such gene programs. We identified and characterized the cardiomyocyte specific lncRNA Sweetheart RNA ( Swhtr ), an approximately 10 kb long transcript divergently expressed from the cardiac core transcription factor coding gene Nkx2-5 . We show that Swhtr is dispensable for normal heart development and function, but becomes essential for the tissue adaptation process after myocardial infarction. Re-expressing Swhtr from an exogenous locus rescues the Swhtr null phenotype. Genes depending on Swhtr after cardiac stress are significantly occupied, and therefore most likely regulated by NKX2-5. Our results indicate a synergistic role for Swhtr and the developmentally essential transcription factor NKX2-5 in tissue adaptation after myocardial injury.

Long non-coding RNAs are a very versatile class of molecules that can have important roles in regulating a cells function, including regulating other genes on the transcriptional level. One of these mechanisms is that RNA can directly interact with DNA thereby recruiting additional components such as proteins to these sites via a RNA:dsDNA triplex formation. We genetically deleted the triplex forming sequence (FendrrBox) from the lncRNA Fendrr in mice and find that this FendrrBox is partially required for Fendrr function in vivo. We find that the loss of the triplex forming site in developing lungs causes a dysregulation of gene programs, associated with lung fibrosis. A set of these genes contain a triplex site directly at their promoter and are expressed in fibroblasts. We confirm the formation of RNA:dsDNA formation with target promoters. We find that Fendrr with the Wnt signalling pathway regulates these genes, implicating that Fendrr synergizes with Wnt signalling in lung fibrosis.