Ddx61相分离凝聚体通过调控mRNA分选机制精细调控心脏再生程序

本研究针对心脏再生过程中转录后调控机制不明的科学问题，通过多物种模型揭示RNA解旋酶Ddx61在心肌细胞增殖过程中形成动态生物分子凝聚体，通过抑制BMP信号通路拮抗剂Chordin的翻译表达，从而促进心肌细胞增殖和心脏再生。该发现为增强哺乳动物心脏再生能力提供了新靶点。

　　

心脏作为人体最重要的器官之一，其再生能力在进化过程中呈现出显著的物种差异性。斑马鱼等低等脊椎动物拥有惊人的心脏再生能力，而成体哺乳动物的心肌细胞却基本丧失了增殖再生能力。长期以来，心脏再生的基因调控机制研究主要集中在转录水平，包括染色质结构重塑和增强子元件的激活等方面。然而，非转录水平的基因调控机制，特别是转录后调控在心脏再生中的作用却鲜有探索。

为了解决这一科学问题，杜克大学再生中心的Mira I. Pronobis、Kenneth D. Poss教授团队与杜克大学生物医学工程系的Nenad Bursac教授合作，在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。研究人员利用多种前沿技术手段，首次揭示了RNA解旋酶Ddx61通过形成生物分子凝聚体调控心肌细胞增殖和心脏再生的新机制。

研究团队主要运用了以下几种关键技术方法：①基于BioID2的邻近标记技术捕获心肌细胞蛋白质组；②CRISPR/Cas9基因编辑技术构建ddx6和ddx61基因敲除斑马鱼模型；③电子显微镜联用免疫沉淀测序(eCLIP-seq)分析Ddx61结合的mRNA群体；④超高分辨率STED显微镜观察凝聚体超微结构；⑤人诱导多能干细胞(iPSC)定向分化为心肌细胞的体外模型验证。所有动物实验均使用4-12月龄成年斑马鱼(EK背景)，人iPSC来源的心肌细胞则通过定向分化技术获得。

Ddx61 condensates form in adult zebrafish cardiomyocytes during cardiogenic stimuli

研究人员首先通过邻近标记技术发现，在成年斑马鱼心脏再生过程中以及使用有丝分裂原Nrg1或Vegfaa刺激后，RNA解旋酶Ddx61在心肌细胞中特异性富集。免疫荧光染色显示，在未受伤心脏中Ddx61仅呈现微弱的点状信号，而在再生心肌中则形成明显的大型凝聚体簇。这些凝聚体的尺寸在再生过程中增大约10倍，数量增加约5倍。通过Edu标记实验证实，大多数增殖的心肌细胞都含有丰富的Ddx61凝聚体。

Ddx61 is required for heart regeneration programs

通过CRISPR/Cas9技术构建ddx61基因敲除斑马鱼模型，研究人员发现突变体中心肌细胞增殖指数降低至对照组的1/3，30天后心脏再生不完全。在有丝分裂原刺激条件下，ddx61突变也显著降低了心肌细胞的增殖反应。值得注意的是，过表达Ddx61并不能促进心肌细胞增殖，表明其功能具有环境依赖性。

Mammalian DDX6 condensates are associated with less differentiated cardiomyocytes

在小鼠发育过程中，DDX6凝聚体在胚胎期和早期出生后阶段心室中大量存在，随着心肌细胞成熟而逐渐减少。在人iPSC分化为心肌细胞的过程中，DDX6凝聚体在类中胚层阶段(D2)最为显著。敲低DDX6减少了人iPSC来源心肌细胞的凝聚体形成和细胞增殖，而过表达则促进了增殖，这与斑马鱼中的结果有所不同，反映了物种间调控机制的差异。

Ddx61 modulates expression of chordin inhibitor during heart regeneration

通过eCLIP-seq技术，研究人员鉴定了467个与Ddx61结合的基因，其中92个在再生过程中特异性结合。分析发现Ddx61在再生心脏中更倾向于与5'UTR区域富GC含量的mRNA结合。特别值得注意的是，Ddx61与编码BMP信号通路抑制因子chordin的mRNA结合，并在再生过程中抑制其翻译表达。在ddx61突变体中，Chordin蛋白水平异常升高，导致BMP信号活性降低。诱导过表达Chordin的实验证实，高水平的Chordin会抑制心肌细胞增殖和心脏再生。

研究结论表明，Ddx61通过形成动态的生物分子凝聚体，在心脏再生过程中发挥关键的mRNA分选功能，精细调控包括chordin在内的多个关键基因的翻译表达。这种转录后调控机制为理解心脏再生提供了新视角，也为开发促进哺乳动物心脏再生的治疗策略提供了潜在靶点。该研究首次将相分离机制与心脏再生过程联系起来，揭示了生物分子凝聚体在组织再生中的重要作用，为再生医学研究开辟了新的方向。