Endosomal escape of delivered mRNA from endosomal recycling tubules visualized at the nanoscale

内体 细胞生物学 信使核糖核酸 生物 内吞循环 细胞毒性 赫拉 化学 内吞作用 细胞 生物物理学 体外 细胞内 生物化学 基因
作者
Prasath Paramasivam,Christian Franke,Martin Stöter,Andreas Höijer,Stefano Bartesaghi,Alan Sabirsh,Lennart Lindfors,Marianna Yanez Arteta,Anders Dahlén,Annette Bak,Shalini Andersson,Yannis Kalaidzidis,Marc Bickle,Marino Zerial
出处
期刊:Journal of Cell Biology [Rockefeller University Press]
卷期号:221 (2) 被引量:129
标识
DOI:10.1083/jcb.202110137
摘要

Delivery of exogenous mRNA using lipid nanoparticles (LNPs) is a promising strategy for therapeutics. However, a bottleneck remains in the poor understanding of the parameters that correlate with endosomal escape versus cytotoxicity. To address this problem, we compared the endosomal distribution of six LNP-mRNA formulations of diverse chemical composition and efficacy, similar to those used in mRNA-based vaccines, in primary human adipocytes, fibroblasts, and HeLa cells. Surprisingly, we found that total uptake is not a sufficient predictor of delivery, and different LNPs vary considerably in endosomal distributions. Prolonged uptake impaired endosomal acidification, a sign of cytotoxicity, and caused mRNA to accumulate in compartments defective in cargo transport and unproductive for delivery. In contrast, early endocytic/recycling compartments have the highest probability for mRNA escape. By using super-resolution microscopy, we could resolve a single LNP-mRNA within subendosomal compartments and capture events of mRNA escape from endosomal recycling tubules. Our results change the view of the mechanisms of endosomal escape and define quantitative parameters to guide the development of mRNA formulations toward higher efficacy and lower cytotoxicity.
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