近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所海水養(yǎng)殖生物育種與可持續(xù)產(chǎn)出全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邵長偉研究員團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)建工程化外泌體靶向遞送功能分子（miRNA）至魚體性腺，實(shí)現(xiàn)了對(duì)性別關(guān)鍵基因的精準(zhǔn)調(diào)控。這是工程化外泌體在水產(chǎn)動(dòng)物中的首次開發(fā)應(yīng)用，將在水產(chǎn)動(dòng)物基因功能精準(zhǔn)調(diào)控及生殖干細(xì)胞靶向移植等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。研究成果以“Exosome Delivery to the Testes for dmrt1 Suppression: A Powerful Tool for Sex-Determining Gene Studies”為題發(fā)表于藥物遞送領(lǐng)域國際著名期刊Journal of Controlled Release（國際控制釋放學(xué)會(huì)的官方學(xué)術(shù)雜志）。

外泌體（Exosomes）是大多數(shù)細(xì)胞都能分泌的細(xì)胞外囊泡，直徑約100納米，因其具有免疫原性低、毒性低等優(yōu)勢，使其成為極具潛力的功能分子和藥物遞送載體，然而目前其應(yīng)用僅局限于人類等哺乳動(dòng)物醫(yī)藥研究領(lǐng)域。邵長偉研究員團(tuán)隊(duì)以半滑舌鰨為模型，以多種動(dòng)物中較保守的性別關(guān)鍵基因dmrt1為調(diào)控對(duì)象，通過生物信息學(xué)與分子、細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，成功構(gòu)建了工程化外泌體，實(shí)現(xiàn)了dmrt1調(diào)控分子向半滑舌鰨精巢細(xì)胞的靶向遞送（圖1）。

圖1.工程化外泌體靶向遞送dmrt1調(diào)控分子

該工程化外泌體構(gòu)建技術(shù)體系主要包括內(nèi)含物的篩選、靶向肽的確定以及工程化外泌體的制備三部分。內(nèi)含物的篩選是指通過TargetScan和miRanda預(yù)測以及雙熒光素酶、性腺細(xì)胞培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)，篩選出能夠有效抑制dmrt1性別決定基因表達(dá)的miRNA。靶向肽的確定首先要通過半滑舌鰨精巢單細(xì)胞測序、全轉(zhuǎn)錄組測序等技術(shù)篩選出精巢Sertoli細(xì)胞膜高表達(dá)的受體FSHR，再通過Alphafold建立FSHR受體及其天然配體FSH的三維復(fù)合物結(jié)構(gòu)，最終獲取結(jié)合域候選關(guān)鍵肽段（圖2）。工程化外泌體的制備則首先要通過差速超速離心方法提取卵巢細(xì)胞外泌體，并使用磷脂膜錨定技術(shù)將候選肽段加載到外泌體膜表面，再通過細(xì)胞和活體實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證獲得高效靶向半滑舌鰨精巢的工程化外泌體（圖3）。最后通過活體注射方式，將該工程化外泌體應(yīng)用于活體靶向抑制半滑舌鰨精巢dmrt1的表達(dá)，證實(shí)了dmrt1在維持精巢形態(tài)結(jié)構(gòu)和促進(jìn)精子發(fā)生過程中起到重要作用（圖4）。該技術(shù)體系的建立不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)性別相關(guān)基因功能的精準(zhǔn)調(diào)控，還應(yīng)用到了魚類生殖干細(xì)胞的靶向移植研究中，有望大幅提高生殖干細(xì)胞的移植效率，展示出了較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

本研究是在該團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)魚類性別決定與分化的ceRNA調(diào)控機(jī)制、魚類性別發(fā)生的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)等工作之后(Genome Research, 2022;Science China Life Sciences, 2022)，在魚類性別決定與分化表觀遺傳領(lǐng)域取得的又一重要標(biāo)志性成果。

圖2.FSHR受體及其配基復(fù)合物結(jié)構(gòu)

圖3.細(xì)胞和活體實(shí)驗(yàn)證實(shí)PEP1修飾的外泌體具有更強(qiáng)的精巢靶向性

圖4.應(yīng)用工程化外泌體實(shí)現(xiàn)半滑舌鰨精巢dmrt1的靶向抑制

黃海水產(chǎn)研究所博士后朱騰飛為論文第一作者，邵長偉研究員為論文通訊作者。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者青年專家、國家高層次人才特殊支持計(jì)劃、中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、青島市博士后應(yīng)用研究項(xiàng)目等的大力支持。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365923006144?via%3Dihub