MRG15可变剪接调控CDK1转录活性在细胞衰老与心肌再生中的机制研究

本研究揭示了染色质重塑蛋白MRG15通过可变剪接产生的长亚型MRG15L在衰老调控中的关键作用。研究人员利用CRISPR-Cas9表观遗传筛选和单细胞测序技术，发现MRG15L通过减弱组蛋白H4乙酰化结合能力抑制CDK1转录，导致G2/M期阻滞并促进衰老；特异性敲除MRG15L可增强心肌缺血再灌注损伤后的修复能力。该研究为衰老相关疾病治疗提供了新靶点，发表于《Communications Biology》。

　　

衰老研究一直是生命科学领域的核心命题。随着表观遗传学的兴起，科学家们逐渐认识到染色质结构的动态变化在衰老进程中扮演关键角色。其中，染色质重塑蛋白MRG15（MORF-related gene on chromosome 15）虽被多次报道与衰老相关，但其具体机制仍存在两大谜团：为何敲低和过表达MRG15均会引发矛盾的表型？其两种可变剪接亚型MRG15S（短亚型）和MRG15L（长亚型）是否具有不同功能？这些问题的解答对理解衰老本质和开发干预策略至关重要。

中国医学科学院北京协和医学院的研究团队通过创新性实验设计揭开了这一谜题。他们首先构建了携带Cas9的小鼠胚胎成纤维细胞（MEF-Cas9），利用自建的表观遗传因子gRNA文库进行CRISPR筛选，结合单细胞转录组测序发现：在复制性衰老的MEF细胞中，MRG15L表达随传代显著增加，而MRG15S保持稳定。通过组蛋白肽段结合实验证实，MRG15L因染色质结构域插入39个氨基酸，与H4K16ac和H4K12ac的结合能力减弱，导致其无法像MRG15S那样有效激活CDK1启动子。这种转录抑制引发G2/M期阻滞，最终促进细胞衰老。更令人振奋的是，在心肌发育过程中MRG15L表达逐渐升高，特异性敲除该亚型的小鼠在心肌缺血再灌注损伤后表现出更强的修复能力，梗死面积减少30%，增殖标记物PHH3表达显著增加。

关键技术包括：（1）构建LSL-Cas9转基因小鼠获取MEF-Cas9细胞；（2）270个表观遗传因子的CRISPR文库筛选；（3）单细胞RNA测序分析衰老相关基因簇；（4）组蛋白修饰芯片和GST pull-down检测蛋白互作；（5）心肌缺血再灌注损伤模型评估修复能力。

【单细胞测序揭示MEF细胞衰老的表观遗传调控因子】
通过感染表观遗传因子gRNA文库的MEF-Cas9细胞单细胞测序，发现MRG15表达变化最显著的抗衰老细胞簇（c10），其中增殖标志物Mki67高表达而衰老标志物Cdkn2a（p16）低表达。

【MRG15L特异性促进细胞衰老】
实验证明仅MRG15L过表达会升高p16水平，其敲除则延缓衰老。结构预测显示MRG15L额外肽段改变染色质结构域构象，削弱与H4K16ac/H4K12ac结合，这种差异在H4K20me2修饰后更显著。

【MRG15亚型转换导致CDK1转录抑制】
双荧光素酶报告实验显示MRG15S对CDK1启动子的激活能力比MRG15L强3倍。细胞周期分析发现MRG15L敲除细胞G2/M期比例降低，证实其通过抑制CDK1引发周期阻滞。

【MRG15L敲除促进心肌再生】
发育过程中心脏MRG15S表达下降而MRG15L上升。特异性敲除MRG15L的小鼠心肌损伤后，梗死面积从70%降至40%，凋亡率降低，PHH3阳性细胞增加，心脏射血分数改善。

这项研究首次阐明MRG15可变剪接在衰老调控中的"分子开关"作用：增殖期细胞依赖MRG15S维持CDK1转录和周期进程，而衰老或终末分化细胞中MRG15L的累积形成"刹车"机制。该发现不仅解释了既往研究中MRG15功能矛盾的现象，更提出了通过调控剪接平衡干预衰老的新策略。特别在心肌修复领域，MRG15L靶向干预可能打破成年心肌细胞退出细胞周期的限制，为心血管再生医学提供全新切入点。研究还暗示MRG15亚型转换可能广泛存在于神经分化等生理过程，为理解发育与衰老的共性机制开辟了新视角。