Factor V Leiden (F5L) is a common genetic risk factor for venous thromboembolism in humans. We conducted a sensitized ENU mutagenesis screen for dominant thrombosuppressor genes based on perinatal lethal thrombosis in mice homozygous for F5L (F5L/L) and haploinsufficient for tissue factor pathway inhibitor (Tfpi+/-). F8 deficiency enhanced survival of F5L/L Tfpi+/- mice, demonstrating that F5L/L Tfpi+/- lethality is genetically suppressible. ENU-mutagenized F5L/L males and F5L/+ Tfpi+/- females were crossed to generate 6,729 progeny, with 98 F5L/L Tfpi+/- offspring surviving until weaning. Sixteen lines exhibited transmission of a putative thrombosuppressor to subsequent generations, with these lines referred to as MF5L (Modifier of Factor 5 Leiden) 1-16. Linkage analysis in MF5L6 identified a chromosome 3 locus containing the tissue factor gene (F3). Though no ENU-induced F3 mutation was identified, haploinsufficiency for F3 (F3+/-) suppressed F5L/L Tfpi+/- lethality. Whole exome sequencing in MF5L12 identified an Actr2 gene point mutation (p.R258G) as the sole candidate. Inheritance of this variant is associated with suppression of F5L/L Tfpi+/- lethality (p=1.7x10-6), suggesting that Actr2p.R258G is thrombosuppressive. CRISPR/Cas9 experiments to generate an independent Actr2 knockin/knockout demonstrated that Actr2 haploinsufficiency is lethal, supporting a hypomorphic or gain of function mechanism of action for Actr2p.R258G. Our findings identify F8 and the Tfpi/F3 axis as key regulators in determining thrombosis balance in the setting of F5L and also suggest a novel role for Actr2 in this process.

Although the Factor V Leiden (FVL) gene variant is the most prevalent genetic risk factor for venous thrombosis, only 10% of FVL carriers will experience such an event in their lifetime. To identify potential FVL modifier genes contributing to this incomplete penetrance, we took advantage of a perinatal synthetic lethal thrombosis phenotype in mice homozygous for FVL (F5L/L) and haploinsufficient for tissue factor pathway inhibitor (Tfpi+/-) to perform a sensitized dominant ENU mutagenesis screen. Linkage analysis conducted in the 3 largest pedigrees generated from the surviving F5L/L Tfpi+/- mice ("rescues") using ENU-induced coding variants as genetic markers was unsuccessful in identifying major suppressor loci. Whole exome sequencing was applied to DNA from 107 rescue mice to identify candidate genes enriched for ENU mutations. A total of 3,481 potentially deleterious candidate ENU variants were identified in 2,984 genes. After correcting for gene size and multiple testing, Arl6ip5 was identified as the most enriched gene, though not reaching genome-wide significance. Evaluation of CRISPR/Cas9 induced loss of function in the top 6 genes failed to demonstrate a clear rescue phenotype. However, a maternally inherited (not ENU-induced) de novo mutation (Plcb4R335Q) exhibited significant co-segregation with the rescue phenotype (p=0.003) in the corresponding pedigree. Thrombosis suppression by heterozygous Plcb4 loss of function was confirmed through analysis of an independent, CRISPR/Cas9-induced Plcb4 mutation (p=0.01).

SEC23 is a core component of the coat protein-complex II (COPII)-coated vesicle, which mediates transport of secretory proteins from the endoplasmic reticulum (ER) to the Golgi. Mammals express 2 paralogs for SEC23 (SEC23A and SEC23B). Though the SEC23 gene duplication dates back >500 million years, both SEC23s are ~85% identical at the amino acid sequence level. In humans, deficiency for SEC23A or SEC23B results in cranio-lenticulo-sutural dysplasia or congenital dyserythropoietic anemia type II (CDAII), respectively. The disparate human syndromes and reports of secretory cargos with apparent paralog-specific dependence, suggest unique functions for the two SEC23 paralogs. Here we show indistinguishable intracellular interactomes for human SEC23A and SEC23B, complementation of yeast SEC23 by both human and murine SEC23A/B paralogs, and the rescue of lethality resulting from Sec23b disruption in zebrafish by a Sec23a-expressing transgene. Finally, we demonstrate that the Sec23a coding sequence inserted into the endogenous murine Sec23b locus fully rescues the mortality and severe pancreatic phenotype previously reported with SEC23B-deficiency in the mouse. Taken together, these data indicate that the disparate phenotypes of SEC23A and SEC23B deficiency likely result from evolutionary shifts in gene expression program rather than differences in protein function, a paradigm likely applicable to other sets of paralogous genes. These findings also suggest the potential for increased expression of SEC23A as a novel therapeutic approach to the treatment of CDAII, with potential relevance to other disorders due to mutations in paralogous genes.