Special AT-rich sequence binding protein 2 (Satb2) is a matrix attachment region (MAR) binding protein. Satb2 impacts skeletal development by regulating gene transcription required for osteogenic differentiation. Although its role as a high-order transcription factor is well supported, other roles for Satb2 in skeletal development remain unclear. In particular, the impact of dosage sensitivity (heterozygous mutations) and variance on phenotypic severity is still not well understood. To further investigate molecular and cellular mechanisms of Satb2-mediated skeletal defects, we used the CRISPR/Cas9 system to generate Satb2 mutations in MC3T3-E1 cells. Our data suggest that, in addition to its role in differentiation, Satb2 regulates progenitor proliferation. We also find that mutations in Satb2 cause chromatin defects including nuclear blebbing and donut-shaped nuclei. These defects may contribute to a slight increase in apoptosis in mutant cells, but apoptosis is insufficient to explain the proliferation defects. Satb2 expression exhibits population-level variation and is mostly highly expressed from late G1 to late G2. Based on these data, we hypothesize that Satb2 may regulate proliferation through two separate mechanisms. First, Satb2 may regulate the expression of genes necessary for cell cycle progression in pre-osteoblasts. Second, similar to other MAR-binding proteins, Satb2 may participate in DNA replication. Deficiencies in either of these processes could reduce the pace of cell cycle progression and contribute to nuclear damage. We also hypothesize that Satb2-mediated proliferation defects may be buffered in some genetic backgrounds, which provides some explanation for differences in severity of skeletal defects. Further elucidation of the role of Satb2 in proliferation has potential impacts on our understanding of both skeletal defects and cancer.

ABSTRACT High-impact pathogenic variants in more than 1,000 protein-coding genes cause Mendelian forms of neurodevelopmental disorders (NDD), including the newly reported AGO2 gene. This study describes the molecular and clinical characterization of 28 probands with NDD harboring heterozygous AGO1 coding variants. De novo status was always confirmed when parents were available (26/28). A total of 15 unique variants leading to amino acid changes or deletions were identified: 12 missense variants, two in-frame deletions of one codon, and one canonical splice variant leading to a deletion of two amino acid residues. Some variants were recurrently identified in several unrelated individuals: p.(Phe180del), p.(Leu190Pro), p.(Leu190Arg), p.(Gly199Ser), p.(Val254Ile) and p.(Glu376del). AGO1 encodes the Argonaute 1 protein, which functions in gene-silencing pathways mediated by small non-coding RNAs. Three-dimensional protein structure predictions suggest that these variants might alter the flexibility of the AGO1 linkers domains, which likely would impair its function in mRNA processing. Affected individuals present with intellectual disability of varying severity, as well as speech and motor delay, autistic behavior and additional behavioral manifestations. Our study establishes that de novo coding variants in AGO1 are involved in a novel monogenic form of NDD, highly similar to AGO2 phenotype.

SATB2 -associated syndrome (SAS) is caused by pathogenic variants in SATB2 , which encodes an evolutionarily conserved transcription factor. Despite the broad range of phenotypic manifestations and variable severity related to this syndrome, haploinsufficiency has been assumed to be the primary molecular explanation. In this study, we describe eight individuals with SATB2 variants that affect p.Gly392 (four women, age range 2–16 years; p.Gly392Arg, p.Gly392Glu and p.Gly392Val). Of these, individuals with p.Gly392Arg substitutions were found to have more severe neurodevelopmental phenotypes based on an established rubric scoring system when compared with individuals with p.Gly392Glu, p.Gly392Val and other previously reported causative SATB2 missense variants. Consistent with the observations at the phenotypic level, using human cell-based and model organism functional data, we documented that while all three described p.Gly392 variants affect the same residue and seem to all have a partial loss-of-function effect, some effects on SATB2 protein function appear to be variant-specific. Our results indicate that genotype–phenotype correlations in SAS are more complex than originally thought, and variant-specific genotype–phenotype correlations are needed.