Developing technologies for efficient and scalable disruption of gene expression will provide powerful tools for studying gene function, developmental pathways, and disease mechanisms. Here, we develop clustered regularly interspaced short palindromic repeat interference (CRISPRi) to repress gene expression in human induced pluripotent stem cells (iPSCs). CRISPRi, in which a doxycycline-inducible deactivated Cas9 is fused to a KRAB repression domain, can specifically and reversibly inhibit gene expression in iPSCs and iPSC-derived cardiac progenitors, cardiomyocytes, and T lymphocytes. This gene repression system is tunable and has the potential to silence single alleles. Compared with CRISPR nuclease (CRISPRn), CRISPRi gene repression is more efficient and homogenous across cell populations. The CRISPRi system in iPSCs provides a powerful platform to perform genome-scale screens in a wide range of iPSC-derived cell types, dissect developmental pathways, and model disease.

ABSTRACT RNA binding motif protein 20 (RBM20) is a key regulator of alternative splicing in the heart, and its mutation leads to malignant dilated cardiomyopathy (DCM). To understand the mechanism of RBM20-associated DCM, we engineered isogenic human induced pluripotent stem cells (iPSCs) with heterozygous or homozygous DCM-associated missense mutations in RBM20 (R636S) as well as RBM20 knockout (KO) iPSCs. iPSC-derived engineered heart tissues made from these cell lines recapitulated contractile dysfunction of RBM20-associated DCM and revealed greater dysfunction with missense mutations than KO. Analysis of RBM20 RNA binding by eCLIP revealed a gain-of-function preference of mutant RBM20 for 3′ UTR sequences that are shared with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and processing-body associated RNA binding proteins (FUS, DDX6). Deep RNA sequencing revealed that the RBM20 R636S mutant has unique gene, splicing, polyadenylation and circular RNA defects that differ from RBM20 KO, impacting distinct cardiac signaling pathways. Splicing defects specific to KO or R636S mutations were supported by data from R636S gene-edited pig hearts and eCLIP. Super-resolution microscopy verified that mutant RBM20 maintains limited nuclear localization potential; rather, the mutant protein associates with cytoplasmic processing bodies (DDX6) under basal conditions, and with stress granules (G3BP1) following acute stress. Taken together, our results highlight a novel pathogenic mechanism in cardiac disease through splicing-dependent and -independent pathways that are likely to mediate differential contractile phenotypes and stress-associated heart pathology.