恢复RBM22克服心肌细胞增殖的转录和表观遗传障碍以促进心脏再生

Restoration of RBM22 overcomes the transcriptional and epigenetic barriers of cardiomyocyte proliferation for heart regeneration.

作者信息Xuewen Duan, Yong Tan, Yunkai Zhang, Bo Wang, Sheng Zhang, Tong Li, Xingguang Liu, Zhenzhen Zhan
PMID41803140
发布时间2026-03-09
DOI10.1038/s41467-026-70235-3

实验完整度

高

含新生与成年小鼠心肌特异敲除、AR与MI模型、原代心肌细胞及hiPSC-CM、CUT&Tag/ATAC-seq/ChIP与AAV9过表达功能验证

主要模型

新生小鼠心肌细胞特异性Rbm22敲除(Rbm22-iCKO)及AR/MI模型 成年小鼠心肌细胞特异性Rbm22敲除及MI模型 新生小鼠原代心肌细胞 人诱导多能干细胞来源心肌细胞(hiPSC-CMs)

重点核对

他莫昔芬于P0–P3经胰岛素针给药30 mg/kg体重每日,或成年小鼠腹腔注射30 mg/kg连续3天,给药后14天诱导重组再构建MI 新生小鼠P3行心尖切除(AR,负压抽吸约15%心尖心肌)或永久结扎LAD构建MI;成年8周小鼠永久结扎LAD AAV9-cTnT-Rbm22-GFP以5×10^11 viral genomes/小鼠于结扎后即刻注射至梗死周边心肌 EdU标记:新生鼠组织单次腹腔注射50 mg/kg后8 h取材;成年鼠50 mg/kg每2天一次共7次 检测终点:新生鼠7 dpr/21 dpr;成年鼠14 dpi与28 dpi行EdU/pH3/Aurora B免疫染色、超声与Masson染色

摘要

刺激内源性心肌细胞增殖为心脏修复带来了巨大的治疗前景,但染色质重塑如何调控这一过程仍知之甚少。RNA结合基序蛋白22(RBM22)参与多种生物学背景的调控,但其在心脏再生和修复中的作用在很大程度上尚不清楚。在本研究中,我们将RBM22鉴定为心肌细胞增殖的关键调控因子。心肌细胞特异性敲除Rbm22会损害新生小鼠心脏再生,并加剧成年小鼠梗死后心室重构。机制上,RBM22选择性结合关键细胞周期基因(Cdk4、Ccna2和Ccne1)的近端启动子,与染色质重塑因子SMARCA4协同增强转录可及性。此外,RBM22对于RNA聚合酶II在这些基因位点的基因特异性招募以驱动转录至关重要。AAV9介导的Rbm22递送可在心脏损伤后促进体内心肌细胞增殖,并增加人诱导多能干细胞来源心肌细胞的增殖。我们的发现确立了RBM22是一种克服心肌细胞细胞周期障碍的转录和表观遗传调控因子,突出了其在心脏损伤中的治疗潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
RBM22是否以及如何调控出生后心肌细胞增殖与心脏再生,并能否作为心肌损伤修复的干预靶点。
核心机制
RBM22通过其Proline-Rich结构域与SMARCA4相互作用,招募SMARCA4至Cdk4、Ccna2和Ccne1近端启动子,增强染色质可及性并促进RNA Pol II招募与转录起始,从而驱动心肌细胞周期再进入。
主要证据
新生与成年小鼠心肌细胞特异性Rbm22敲除在AR和MI后降低EdU/pH3/Aurora B阳性心肌细胞并加重功能障碍与纤维化;原代心肌细胞siRNA敲低与RNA-seq显示细胞周期基因下调;CUT&Tag、ChIP-qPCR、Re-ChIP、EMSA和双荧光素酶报告验证启动子结合及SMARCA4共占位;AAV9-Rbm22在MI后促进心肌细胞增殖并改善心功能,且在hiPSC-CMs中增加EdU和Aurora B阳性细胞。
研究意义
作者提出RBM22是克服心肌细胞细胞周期障碍的转录与表观遗传调控因子,并将其作为心脏损伤后心脏再生的潜在治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

RBM22表达模式与再生窗口关联分析

确定RBM22在出生后发育和心脏损伤中的表达动态及其与心肌细胞增殖的相关性。

利用公共转录组数据集(GSE51483、GSE145346、GSE221539、GSE5406等)筛选RBM家族基因;在WT小鼠P1、P4、P7心脏及AR后7 dpr检测RBM22蛋白;分离P1至P56心肌细胞检测mRNA和蛋白;免疫荧光检测α-actinin与RBM22共定位;原代新生心肌细胞缺氧处理检测Rbm22 mRNA。

2

心肌细胞特异性Rbm22敲除对新生心脏再生的影响

验证RBM22对新生小鼠心肌细胞增殖和心脏再生能力的必要性。

将Rbm22fl/fl与αMHC-MerCreMer杂交构建他莫昔芬诱导性心肌细胞特异性敲除(Rbm22-iCKO)小鼠,P0–P3给予他莫昔芬后于P3行AR或MI;21 dpr/dpi行超声与Masson染色评估心功能和纤维化,7 dpr行EdU、pH3、Aurora B免疫染色,WGA染色测心肌细胞横截面积,胶原酶消化计数心肌细胞总数。

3

成年小鼠Rbm22敲除对MI后心脏修复的影响

验证RBM22在成年心肌细胞增殖和梗死后心脏修复中的作用。

8周龄Rbm22-iCKO与对照小鼠接受他莫昔芬后构建MI;28 dpi行超声与Masson染色、分离成年心肌细胞计数、DAPI与cTnT染色分析倍性和单核比例、WGA测细胞大小;14 dpi于梗死边缘区行EdU、pH3、Aurora B免疫染色。另用Rbm22fl/+Myh6-iCre+杂合敲除小鼠验证表型。

4

RBM22对心肌细胞转录程序及细胞周期基因的调控

明确RBM22缺失对心肌细胞转录组和细胞周期基因表达的影响,并排除RNA稳定性与可变剪接机制。

分离新生Rbm22-iCKO与对照原代心肌细胞检测增殖;以si-Rbm22 #1/#2转染P1原代心肌细胞,免疫荧光检测Ki67、pH3、Aurora B,PI染色流式分析细胞周期;si-Rbm22 #1处理48 h后行RNA-seq及KEGG/GSEA分析,qRT-PCR和免疫印迹验证CDK4、CCNA2、CCNE1、PCNA;放线菌素D处理检测mRNA降解;分析可变剪接事件;转染RRM或ZnF结构域缺失突变体检测细胞周期基因转录。

5

RBM22直接结合细胞周期基因启动子

验证RBM22通过序列特异性结合细胞周期基因启动子而非仅依赖RNA结合功能来激活转录。

亚细胞分级免疫印迹检测RBM22在胞质、核和染色质组分的分布;P1和P8心肌细胞行抗RBM22 CUT&Tag并整合RNA-seq与公共ATAC-seq(GSE178673)、H3K4me3 ChIP-seq(GSE155658)数据;ChIP-qPCR验证RBM22在Cdk4、Ccna2、Ccne1启动子的富集;motif分析、EMSA和双荧光素酶报告(含motif突变)验证直接DNA结合;敲低Cdk4、Ccna2或Ccne1进行功能回复实验。

6

RBM22通过SMARCA4增强启动子染色质可及性

阐明RBM22调控启动子染色质状态及RNA Pol II招募的分子机制。

si-Rbm22与对照心肌细胞行ATAC-seq及ATAC-qPCR,整合CUT&Tag与RNA-seq定位差异可及区域;免疫共沉淀检测RBM22与SWI/SNF组分(SMARCA4、SMARCC1、SMARCC2)相互作用,HEK293T共表达Flag-RBM22与V5-SMARCA4验证;分子对接预测互作;Re-ChIP检测RBM22与SMARCA4在启动子的共占位;构建Proline-Rich、ZnF、RRM等结构域缺失突变体行Co-IP和报告基因验证;ChIP-qPCR检测SMARCA4、总RNA Pol II及RNA Pol II S2P在启动子的占位。

7

AAV9介导Rbm22过表达对成年MI后心脏修复的作用

评估RBM22过表达的体内治疗潜力及对染色质可及性的影响。

构建AAV9-cTnT-Rbm22-GFP,于成年小鼠MI结扎后即刻注射至梗死周边心肌;14 dpi检测EdU/Ki67增殖与Masson纤维化,28 dpi行超声、心肌细胞计数、WGA、倍性与单核比例分析;AAV9-Rbm22处理的成年心肌细胞行ATAC-seq及GO/KEGG分析,ChIP-qPCR检测SMARCA4占位,Co-IP检测RBM22-SMARCA4互作。

8

RBM22对hiPSC-CMs增殖的影响

评估RBM22在人源心肌细胞中的转化潜力。

将AAV9-Rbm22或AAV9-Ctrl处理hiPSC-CMs 10天,免疫印迹和qRT-PCR验证过表达,免疫荧光检测EdU和Aurora B阳性细胞,qRT-PCR检测心脏功能/成熟标志物及细胞周期基因,CTV稀释结合流式检测分裂。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
Click-iT EdU 594成像试剂盒Invitrogenc10339
5-乙炔基-2'-脱氧尿苷Invitrogenc10339
Vevo2100超声成像系统Visual Sonics--
抗RBM22抗体Novus BiologicalsNBP1-85379
抗心肌肌钙蛋白T抗体Abcamab209813
抗α-辅肌动蛋白抗体Abcamab9465
抗磷酸化组蛋白H3抗体Abcamab80612
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗Aurora B抗体Abcamab2254
驴抗小鼠Alexa Fluor 488InvitrogenA-11001
驴抗兔Alexa Fluor 594InvitrogenA-11012
Alexa Fluor 488偶联小麦胚芽凝集素Thermo Fisher ScientificW11261
新生心脏解离试剂盒Miltenyi Biotec--
gentle MACS与Octo组织解离仪Miltenyi Biotec--
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂----
siGENOME SMART pool siRNADharmaconM-055902-01-0005
Rbm22 siRNASanta Cruz Biotechnologysc-15273
II型胶原酶Worthington--
蛋白酶抑制剂混合物Millipore539134
BCA蛋白测定试剂盒Thermo Fisher Scientific23227
硝酸纤维素膜Cytiva10600002
抗RBM22抗体BethylA303-923A
抗CDK4抗体Proteintech11026-1-AP
抗CCNA2抗体Proteintech18202-1-AP
抗CCNE1抗体Proteintech11554-1-AP
抗PCNA抗体Proteintech10205-2-AP
抗SMARCA4抗体Abcamab110641
抗SMARCC1抗体Abcamab305037
抗SMARCC2抗体AbwaysAY4215
抗Lamin A/C抗体Thermo Fisher ScientificPA5-17113
抗组蛋白H3抗体Cell Signaling Technology9715S
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology3700
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗Flag标签抗体Cell Signaling Technology2044
抗V5标签抗体Cell Signaling Technology13202
Pierce ECL化学发光底物Thermo Fisher Scientific34096
TRIzol试剂Invitrogen15596018CN
PrimeScript逆转录预混液TakaraRR036A
SYBR Green qPCR预混液ToyoboQPK-201
LightShift化学发光EMSA试剂盒Thermo Fisher Scientific20148
细胞周期检测试剂盒VazymeAC101
Cell Trace Violet染料Thermo Fisher ScientificC34557
BD FACSCelesta细胞分析仪BD Biosciences--
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
Hyperactive ATAC-Seq文库构建试剂盒VazymeTD711
Hyperactive通用CUT&Tag检测试剂盒VazymeTD903-01
抗RNA聚合酶II抗体Active Motif39497
抗RNA聚合酶II S2P抗体Abcamab5095
免疫球蛋白GMilliporePP64
ChIP级Protein G磁珠Cell Signaling Technology9006
Re-ChIP-IT试剂盒Active Motif53016
AAV9-cTnT-Rbm22-GFP腺相关病毒Genechem Company--
AAV9-cTnT-GFP对照病毒Genechem Company--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
心肌细胞特异性Rbm22敲除诱导
他莫昔芬剂量30 mg/kg体重、给药时间窗(新生鼠P0–P3每日;成年鼠每日一次连续3天)及成年鼠给药后14天再构建MI
阅读提示:Methods“Animals”小节及Supplementary Fig. 2g–l、Supplementary Fig. 4c, d
新生小鼠AR模型
手术日龄P3、低温麻醉方式、负压抽吸约15%心尖心肌、取材时间点7与21 dpr
阅读提示:Methods“Apical resection (AR)”小节与Fig. 2a图注
新生与成年小鼠MI模型
新生鼠MI于P3进行、成年鼠8周龄行LAD永久结扎、AAV9注射剂量5×10^11 viral genomes/小鼠及注射部位为梗死周边心肌
阅读提示:Methods“Myocardial infarction (MI)”小节与Fig. 3a、Fig. 7a图注
EdU掺入标记
体外10 µM EdU处理6–8 h;新生鼠组织单次50 mg/kg腹腔注射后8 h取材;成年鼠50 mg/kg每2天一次共7次
阅读提示:Methods“EdU incorporation assay”小节
CUT&Tag与ATAC-seq样本条件
CUT&Tag使用P1和P8心肌细胞1×10^5、抗RBM22 1:100;ATAC-seq使用si-Rbm22 #1或si-Ctrl #1处理48 h心肌细胞及AAV9注射后14 dpi成年心肌细胞
阅读提示:Methods“CUT&Tag and data analysis”与“Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq) and data analysis”小节
ChIP/Re-ChIP与EMSA机制验证
ChIP每样本5×10^6心肌细胞、1%无甲醇甲醛交联10 min、抗体稀释1:500;EMSA使用Flag-RBM22转染心肌细胞核提取物与生物素标记探针及2 µg抗Flag抗体进行超迁移
阅读提示:Methods“ChIP and Re-ChIP assays”与“Electrophoretic mobility shift assay (EMSA)”小节
hiPSC-CMs培养与AAV9处理
hiPSC-CMs来源CSM-H230110、1%明胶包被、贴壁48–72 h后换心脏维持培养基、每2天换液、AAV9-Rbm22处理10天
阅读提示:Methods“Culture of hiPSC-CMs”小节与Fig. 8图注