Human telomere biology disorders (TBD)/short telomere syndromes (STS) are heterogeneous disorders caused by inherited loss-of-function mutations in telomere-associated genes. Here, we identify 3 germline heterozygous missense variants in the RPA1 gene in 4 unrelated probands presenting with short telomeres and varying clinical features of TBD/STS, including bone marrow failure, myelodysplastic syndrome, T- and B-cell lymphopenia, pulmonary fibrosis, or skin manifestations. All variants cluster to DNA-binding domain A of RPA1 protein. RPA1 is a single-strand DNA-binding protein required for DNA replication and repair and involved in telomere maintenance. We showed that RPA1E240K and RPA1V227A proteins exhibit increased binding to single-strand and telomeric DNA, implying a gain in DNA-binding function, whereas RPA1T270A has binding properties similar to wild-type protein. To study the mutational effect in a cellular system, CRISPR/Cas9 was used to knock-in the RPA1E240K mutation into healthy inducible pluripotent stem cells. This resulted in severe telomere shortening and impaired hematopoietic differentiation. Furthermore, in patients with RPA1E240K, we discovered somatic genetic rescue in hematopoietic cells due to an acquired truncating cis RPA1 mutation or a uniparental isodisomy 17p with loss of mutant allele, coinciding with stabilized blood counts. Using single-cell sequencing, the 2 somatic genetic rescue events were proven to be independently acquired in hematopoietic stem cells. In summary, we describe the first human disease caused by germline RPA1 variants in individuals with TBD/STS.

中文翻译：

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RPA1 功能获得性突变导致端粒短和体细胞遗传拯救综合征。

人类端粒生物学疾病 (TBD)/短端粒综合征 (STS) 是由端粒相关基因的遗传性功能丧失突变引起的异质性疾病。在这里，我们在 4 名不相关的先证者中发现了 RPA1 基因中的 3 个种系杂合错义变异，这些先证者具有短端粒和不同的 TBD/STS 临床特征，包括骨髓衰竭、骨髓增生异常综合征、T 细胞和 B 细胞淋巴细胞减少、肺纤维化或皮肤表现。所有变体都聚集到 RPA1 蛋白的 DNA 结合结构域 A。RPA1 是 DNA 复制和修复所需的单链 DNA 结合蛋白，参与端粒维护。我们发现 RPA1E240K 和 RPA1V227A 蛋白表现出与单链和端粒 DNA 的结合增加，这意味着 DNA 结合功能的增加，而 RPA1T270A 具有与野生型蛋白质相似的结合特性。为了研究细胞系统中的突变效应，使用 CRISPR/Cas9 将 RPA1E240K 突变敲入健康的可诱导多能干细胞中。这导致严重的端粒缩短和造血分化受损。此外，在 RPA1E240K 患者中，我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲 17p 等位基因缺失突变等位基因，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。为了研究细胞系统中的突变效应，使用 CRISPR/Cas9 将 RPA1E240K 突变敲入健康的可诱导多能干细胞中。这导致严重的端粒缩短和造血分化受损。此外，在 RPA1E240K 患者中，我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲 17p 等位基因缺失突变等位基因，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。为了研究细胞系统中的突变效应，使用 CRISPR/Cas9 将 RPA1E240K 突变敲入健康的可诱导多能干细胞中。这导致严重的端粒缩短和造血分化受损。此外，在 RPA1E240K 患者中，我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲 17p 等位基因缺失突变等位基因，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。CRISPR/Cas9 用于将 RPA1E240K 突变敲入健康的可诱导多能干细胞。这导致严重的端粒缩短和造血分化受损。此外，在 RPA1E240K 患者中，我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲 17p 等位基因缺失突变等位基因，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。CRISPR/Cas9 用于将 RPA1E240K 突变敲入健康的可诱导多能干细胞。这导致严重的端粒缩短和造血分化受损。此外，在 RPA1E240K 患者中，我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲 17p 等位基因缺失突变等位基因，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲同体 17p 突变等位基因丢失，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。我们发现造血细胞中的体细胞遗传拯救是由于获得性截断顺式 RPA1 突变或单亲同体 17p 突变等位基因丢失，与稳定的血细胞计数一致。使用单细胞测序，2 个体细胞基因拯救事件被证明是在造血干细胞中独立获得的。总之，我们描述了 TBD/STS 个体中由种系 RPA1 变异引起的第一种人类疾病。