Richard MonaghanVerified
Verified Account
Verified
Research Fellow Studying the Molecular Cellular Homeostatic Dysfunction that Causes Human Disease
Molecular Biology PhD '12, University of Manchester
Member for 18 days
With over ten years postdoctoral experience in cellular and molecular biology, cardiovascular disease, systemic inflammation, ageing, healthspan, metabolic, proteinogenic, and homeostatic research I have successfully completed >20 peer reviews, on range of different biomedical articles. Contributing...
Show more
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Peer Reviewer
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
13
(85% Open Access)
Cited by:
374
h-index:
4
/
i10-index:
4
Reputation
Molecular Biology
65%
Oncology
21%
Biology
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Whole Exome Sequencing Reveals the Major Genetic Contributors to Nonsyndromic Tetralogy of Fallot

Donna Page et al.Jan 17, 2019
Familial recurrence studies provide strong evidence for a genetic component to the predisposition to sporadic, nonsyndromic Tetralogy of Fallot (TOF), the most common cyanotic congenital heart disease phenotype. Rare genetic variants have been identified as important contributors to the risk of congenital heart disease, but relatively small numbers of TOF cases have been studied to date.We used whole exome sequencing to assess the prevalence of unique, deleterious variants in the largest cohort of nonsyndromic TOF patients reported to date.Eight hundred twenty-nine TOF patients underwent whole exome sequencing. The presence of unique, deleterious variants was determined; defined by their absence in the Genome Aggregation Database and a scaled combined annotation-dependent depletion score of ≥20. The clustering of variants in 2 genes, NOTCH1 and FLT4, surpassed thresholds for genome-wide significance (assigned as P<5×10-8) after correction for multiple comparisons. NOTCH1 was most frequently found to harbor unique, deleterious variants. Thirty-one changes were observed in 37 probands (4.5%; 95% CI, 3.2%-6.1%) and included 7 loss-of-function variants 22 missense variants and 2 in-frame indels. Sanger sequencing of the unaffected parents of 7 cases identified 5 de novo variants. Three NOTCH1 variants (p.G200R, p.C607Y, and p.N1875S) were subjected to functional evaluation, and 2 showed a reduction in Jagged1-induced NOTCH signaling. FLT4 variants were found in 2.4% (95% CI, 1.6%-3.8%) of TOF patients, with 21 patients harboring 22 unique, deleterious variants. The variants identified were distinct to those that cause the congenital lymphoedema syndrome Milroy disease. In addition to NOTCH1, FLT4 and the well-established TOF gene, TBX1, we identified potential association with variants in several other candidates, including RYR1, ZFPM1, CAMTA2, DLX6, and PCM1.The NOTCH1 locus is the most frequent site of genetic variants predisposing to nonsyndromic TOF, followed by FLT4. Together, variants in these genes are found in almost 7% of TOF patients.
0
Citation150
0
Save
0

BS9 KMT2C- a tetralogy of fallot candidate gene

Shona Borland et al.May 1, 2019

 Congenital heart disease describes a group of defects resulting from aberrant heart development. Tetralogy of Fallot is the most common cyanotic congenital heart defect. The causes of congenital heart disease are poorly understood. Histone modifying genes have previously been implicated in congenital heart disease. KMT2C is a histone modifying gene which contains a catalytic SET domain which methylates histone 3 lysine 4 regulating gene expression. We have previously identified 18 mutations in KMT2C in a whole-exome sequencing study of 829 non-syndromic tetralogy of Fallot patients. These mutations are absent in gnomAD and had a combined annotation dependent depletion (CADD) score of more than 20 indicating the variants are rare and likely deleterious. We have now investigated the role of this gene further in tetralogy of Fallot and heart development. KMT2C expression during heart development has been studied using RT-PCR and in situ hybridisation. Kmt2c is expressed throughout the mouse embryonic heart from embryonic day 11.5 to 14.5 which is the key developmental time period for heart development with respect to the defects observed in tetralogy of Fallot. In human embryonic hearts cDNA expression of KMT2C was also found between Carnegie stages 13 and 20 (equivalent stages to mouse E11.5-14.5). Heart defects have been characterised using a mouse model where the SET domain of KMT2C has been deleted resulting in a catalytically inactive protein being produced. In mouse embryos homozygous for the deletion, all embryos appear to have abnormal heart development and ventricular septal defects with or without an overriding aorta (found in seven out of ten embryos studied, shown in figure) are the most common defect indicating similarities to tetralogy of Fallot. Other defects seen in these hearts have included abnormal ventricular myocardium with resemblance to non-compaction and atrial septal defects. Overall this work demonstrates that KMT2C is a good candidate gene for tetralogy of Fallot, both due to its cardiac expression and the defects exhibited in mice where the SET domain is deleted. 

Conflict of interest

 None
0
Citation4
0
Save
0

FLT4 causes developmental disorders of the cardiovascular and lymphovascular systems via pleiotropic molecular mechanisms

Richard Monaghan et al.May 7, 2024
Abstract Aims Rare, deleterious genetic variants in FLT4 are associated with Tetralogy of Fallot (TOF), the most common cyanotic congenital heart disease. The distinct genetic variants in FLT4 are also an established cause of Milroy disease, the most prevalent form of primary hereditary lymphoedema. The phenotypic features of these two conditions are non-overlapping, implying pleiotropic cellular mechanisms during development. Methods and results In this study, we show that FLT4 variants identified in patients with TOF, when expressed in primary human endothelial cells, cause aggregation of FLT4 protein in the perinuclear endoplasmic reticulum, activating proteostatic and metabolic signalling, whereas lymphoedema-associated FLT4 variants and wild-type (WT) FLT4 do not. FLT4 TOF variants display characteristic gene expression profiles in key developmental signalling pathways, revealing a role for FLT4 in cardiogenesis distinct from its role in lymphatic development. Inhibition of proteostatic signalling abrogates these effects, identifying potential avenues for therapeutic intervention. Depletion of flt4 in zebrafish caused cardiac phenotypes of reduced heart size and altered heart looping. These phenotypes were rescued with coinjection of WT human FLT4 mRNA, but incompletely or not at all by mRNA harbouring FLT4 TOF variants. Conclusion Taken together, we identify a pathogenic mechanism for FLT4 variants predisposing to TOF that is distinct from the known dominant negative mechanism of Milroy-causative variants. FLT4 variants give rise to conditions of the two circulatory subdivisions of the vascular system via distinct developmental pleiotropic molecular mechanisms.
0
Citation2
0
Save
0

A nuclear sensor of mitochondrial function

Richard Monaghan et al.Jun 27, 2015
Mitochondria are organelles that host many metabolic processes, including the generation of energy in the form of adenosine triphosphate (ATP) through oxidative phosphorylation. They contain their own genome, however, the vast majority of mitochondrial proteins are encoded in the nucleus. Nuclei sense changes in mitochondrial functioning via retrograde signaling pathways, resulting in modified gene expression to restore homeostasis. These pathways can be triggered by altered ATP synthesis, increased levels of unfolded or damaged proteins, or changes in the production of reactive oxygen species (ROS), a major by-product of the electron transport chain. Indeed, inhibition of electron transport activity leads to enhanced ROS levels and, somewhat paradoxically, promotes increased lifespan in a range of model organisms. The complex relationship between mitochondrial function, ROS and aging has been a topic of intense research for many years, with particular focus on the retrograde signaling pathways that act as the conduit of information between mitochondria and nuclei [1]. We have uncovered a novel nuclear role for the respiratory enzyme CLK-1 in maintaining mitochondrial function by regulating the expression of genes that promote ROS homeostasis and dampen the activity of a key stress pathway, the mitochondrial unfolded response (UPRmt) [2]. Importantly, CLK-1 localizes to nuclei dependent upon mitochondrial ROS production, indicating that it acts as a barometer of respiratory activity that can directly mediate retrograde signaling to the nucleus (Figure ​(Figure1).1). CLK-1 (also called COQ7) is a diiron containing monooxygenase that catalyzes the hydroxylation of 5-demethoxyubiquinone, a critical step in the biosynthesis of the mitochondrial electron transport chain cofactor ubiquinone. C. elegans clk-1 null mutants and heterozygous mice display defective oxidative phosphorylation, increased ROS levels and, similar to many other respiration mutants, have extended lifespans [3]. It had been assumed that this longevity phenotype was solely due to CLK-1 acting in mitochondria. However, the expression of a CLK-1 mutant that specifically localizes to nuclei partially suppressed the extended lifespan of clk-1 null C. elegans, indicating that the nuclear form of CLK- 1 independently affects longevity [2]. As elevated ROS levels and activation of the UPRmt are reported to promote longevity, their suppression by nuclear CLK-1 would be consistent with its role in limiting lifespan. Figure 1 Nuclear CLK-1 regulates mitochondrial homeostasis and longevity We propose that CLK-1 functions as a rheostat to maintain ROS homeostasis and keep stress-responsive pathways in check. Elevated ROS produced by mitochondria direct a pool of CLK-1 to the nucleus where it regulates the expression of genes that decrease ROS levels and limit activation of the UPRmt. Conversely, decreased ROS lead to a reduction in nuclear CLK-1 and relieve its effects on gene expression allowing ROS levels to recover and the UPRmt to return to basal levels, thus maintaining homeostasis (Figure ​(Figure1).1). CLK-1 therefore coordinates ROS responses with the UPRmt, a pathway that protects against the accumulation of unfolded or misfolded proteins within mitochondria. This suggests that distinct mitochondrial signals can be integrated at the level of nuclear gene expression to provide a unified response. Important questions concerning the dual mitochondrial and nuclear functions of CLK-1 remain unanswered. Firstly, how do changes in ROS levels lead to the nuclear accumulation of CLK-1? The mitochondrial and nuclear forms of CLK-1 are distinguishable; the mitochondrial form is cleaved at the N-terminus by a protease following import while the nuclear form is the full-length protein, indicating that it has not been imported into mitochondria prior to its translocation to the nucleus. Interestingly, mutation of the mitochondrial targeting sequence in CLK-1 results in its nuclear accumulation independently of ROS levels [2]. This would be consistent with a mechanism by which ROS inhibit mitochondrial import of CLK-1, but whether this occurs by blocking mitochondrial targeting of CLK-1 or by preventing import through either the outer or inner mitochondrial membranes is unclear. Interestingly, a transcription factor component of the C. elegans UPRmt, the pathway suppressed by nuclear CLK-1, may be similarly regulated. ATFS-1 is targeted to mitochondria and rapidly degraded in the absence of UPRmt induction, while activation of the UPRmt leads to impaired import of newly synthesized ATFS-1 and its redirection to the nucleus where it regulates the expression of genes that restore mitochondrial proteostasis [4]. Thus, the inhibition of mitochondrial import in response to changes in mitochondrial function may be a common mechanism of regulating retrograde signaling to the nucleus. A second unresolved issue is the mechanism by which CLK-1 regulates gene expression. This is independent of its role in ubiquinone biosynthesis [2]. CLK-1 is a relatively small protein (around 20kDa) that does not contain obvious elements associated with DNA binding or transcriptional activation/suppression. However, it associates with many genomic loci suggesting that it may directly regulate transcription [2]. An interesting possibility is that the enzymatic activity of CLK-1 modifies transcriptional regulatory factors or chromatin. There is precedent for mitochondrial enzymes regulating nuclear gene expression, including the yeast arginine biosynthesis enzyme Arg5,6 [5] and the pyruvate dehydrogenase complex [6]. Furthermore, many mitochondrial proteins have been detected in nuclei although their roles remain uncharacterized [7]. Our study provides a novel example of how distinct forms of a respiratory enzyme can be separately targeted to mitochondria or nuclei to regulate different cellular processes. This research contributes to our understanding of the diverse signaling mechanisms controlling mitochondrial function and ROS homeostasis that can affect aging and disease.
0

C Identification of the major genetic contributors to tetralogy of fallot

Donna Page et al.May 1, 2019

 There is strong evidence from familial recurrence studies for a genetic predisposition to sporadic, non-syndromic Tetralogy of Fallot (TOF). TOF is the most common, cyanotic congenital heart disease (CHD) phenotype yet the cause for the majority of cases remains elusive. Rare genetic variants have been identified as important contributors to the risk of CHD, but relatively small numbers of TOF cases have been studied to date. 829 TOF patients underwent whole exome sequencing (WES), the largest cohort of non-syndromic TOF patients reported to date. The prevalence of unique, deleterious variants was determined; defined by their absence in the Genome Aggregation Database (gnomAD) and a scaled combined annotation-dependent depletion (CADD) score of ≥20. Clustering analysis of variants revealed that two genes, NOTCH1 and FLT4, surpassed thresholds for genome-wide significance (assigned as P<5 × 10-8), after correction for multiple comparisons. NOTCH1 was most frequently found to harbour unique, deleterious variants. 31 variants were observed in 37 probands (4.5%; 95% confidence interval [CI]: 3.2–6.1%) and included seven loss-of-function variants, 22 missense variants and two in-frame indels. Sanger sequencing of the unaffected parents of seven cases identified five de novo variants. Three NOTCH1 variants (p.G200R, p.C607Y and p.N1875S) were subjected to functional evaluation and two showed a reduction in Jagged1-induced NOTCH signalling. FLT4 variants were found in 2.4% (95% CI:1.6–3.8%) of TOF patients, with 21 patients harbouring 22 unique, deleterious variants. The variants identified were distinct to those that cause the congenital lymphoedema syndrome Milroy disease. In addition to NOTCH1FLT4 and the well-established TOF gene, TBX1, we identified potential association with variants in several other biologically plausible candidate genes. In summary, the NOTCH1 locus is the most frequent site of genetic variants predisposing to non-syndromic TOF, followed by FLT4. Together, variants in these genes are found in almost 7% of TOF patients.
0
Citation1
0
Save
Load More