Aortic-root dissection is the leading cause of death in Marfan's syndrome. Studies suggest that with regard to slowing aortic-root enlargement, losartan may be more effective than beta-blockers, the current standard therapy in most centers.

Background: Congenital heart diseases, such as hypoplastic left heart syndrome (HLHS), are considered to have complex genetic underpinnings that are poorly understood. Here, an integrated multi-disciplinary approach was applied to identify novel genes and underlying mechanisms associated with HLHS. Methods: A family-based strategy was employed that coupled whole genome with RNA sequencing of patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) from an HLHS proband-parent trio to identify, prioritize and functionally evaluate candidate genes in model systems. Results: Consistent with the hypoplastic phenotype, the proband's iPSCs had reduced proliferation capacity. Mendelian inheritance modeling identified 10 genes with recessive rare variants and altered expression compared to the parents' iPSCs. siRNA/RNAi-mediated knockdown in generic human iPSC-derived cardiac progenitors and in the in vivo Drosophila heart model revealed that LDL receptor related protein LRP2 and apolipoprotein APOB are required for robust hiPSC-derived cardiomyocyte proliferation and Drosophila heart function, respectively, possibly involving an oligogenic mechanism via growth-promoting WNT and SHH signaling. Burden analysis of rare damaging variants in the 2 genes and 80 interacting partners in a cohort of 130 HLHS probands and 861 controls identified significant enrichment in LRP2 (p<0.001), a gene associated with poor clinical outcomes in 30% of cases. Conclusions: Collectively, this cross-functional genetic approach to complex congenital heart disease revealed disruption of LRP2 function as a novel genetic driver of HLHS, and hereby established a scalable approach to decipher the oligogenic underpinnings of maladaptive left heart development.

Hypoplastic left heart syndrome (HLHS) is one of the most challenging forms of congenital heart diseases. Previous studies were mainly focused on intrinsic defects in myocardium. However, this does not sufficiently explain the abnormal development of the cardiac valve, septum, and vasculature, known to originate from the endocardium. Here, using single-cell RNA profiling, induced pluripotent stem cells, and human fetal heart tissue with an underdeveloped left ventricle, we identified a developmentally impaired endocardial population in HLHS. The intrinsic endocardial deficits contributed to abnormal endothelial to mesenchymal transition, NOTCH signaling, and extracellular matrix organization, all of which are key factors in valve formation. Consequently, endocardial abnormalities conferred reduced proliferation and maturation of cardiomyocytes through a disrupted fibronectin-integrin interaction. Several recently described HLHS de novo mutations were associated with abnormal endocardial gene and FN1 regulation and expression. Our studies provide a rationale for considering endocardial function in future regenerative strategies for HLHS.