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)出全國重點實驗室邵長偉研究員團隊通過創(chuàng)建工程化外泌體靶向遞送功能分子（miRNA）至魚體性腺，實現(xiàn)了對性別關(guān)鍵基因的精準調(diào)控。這是工程化外泌體在水產(chǎn)動物中的首次開發(fā)應(yīng)用，將在水產(chǎn)動物基因功能精準調(diào)控及生殖干細胞靶向移植等領(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)會的官方學(xué)術(shù)雜志）。

外泌體（Exosomes）是大多數(shù)細胞都能分泌的細胞外囊泡，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物醫(yī)藥研究領(lǐng)域。邵長偉研究員團隊以半滑舌鰨為模型，以多種動物中較保守的性別關(guān)鍵基因dmrt1為調(diào)控對象，通過生物信息學(xué)與分子、細胞生物學(xué)實驗方法，成功構(gòu)建了工程化外泌體，實現(xiàn)了dmrt1調(diào)控分子向半滑舌鰨精巢細胞的靶向遞送（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、性腺細胞培養(yǎng)等實驗，篩選出能夠有效抑制dmrt1性別決定基因表達的miRNA。靶向肽的確定首先要通過半滑舌鰨精巢單細胞測序、全轉(zhuǎn)錄組測序等技術(shù)篩選出精巢Sertoli細胞膜高表達的受體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，再通過細胞和活體實驗分別驗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，證實了dmrt1在維持精巢形態(tài)結(jié)構(gòu)和促進精子發(fā)生過程中起到重要作用（圖4）。該技術(shù)體系的建立不僅實現(xiàn)了對性別相關(guān)基因功能的精準調(diào)控，還應(yīng)用到了魚類生殖干細胞的靶向移植研究中，有望大幅提高生殖干細胞的移植效率，展示出了較強的應(yīng)用潛力。

本研究是在該團隊首次證實魚類性別決定與分化的ceRNA調(diào)控機制、魚類性別發(fā)生的細胞學(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志性成果。

圖2.FSHR受體及其配基復(fù)合物結(jié)構(gòu)

圖3.細胞和活體實驗證實PEP1修飾的外泌體具有更強的精巢靶向性

圖4.應(yīng)用工程化外泌體實現(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研發(fā)計劃、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劃、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金、院創(chuàng)新團隊、青島市博士后應(yīng)用研究項目等的大力支持。

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