Exceptional Uptake, Limited Protein Expression: Liver Macrophages Lost in Translation of Synthetic mRNA

信使核糖核酸 翻译(生物学) 蛋白质生物合成 体内 绿色荧光蛋白 生物 分子生物学 核糖核酸 细胞生物学 基因表达 假尿苷 化学 生物化学 转移RNA 基因 生物技术
作者
Cheng Lin,Adrian Kuzmanović,Nan Wang,Liangliang Liao,Sabrina Ernst,Christian Penners,Alexander Jans,Thomas Hammoor,Petra Bumnuri Stach,Mona Peltzer,Ines Volkert,Elisabeth Zechendorf,Reham Hassan,Maiju Myllys,Christian Liedtke,Andreas Herrmann,Gurudas Chakraborty,Christian Trautwein,Jan G. Hengstler,Gerhard Müller‐Newen,Junqing Wang,Ahmed Ghallab,Matthias Bartneck
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202409729
摘要

Abstract Most gene therapies exert their actions via manipulation of hepatocytes (parenchymal cells) and the reasons behind the suboptimal performance of synthetic mRNA in non‐parenchymal cells (NPC) such as Kupffer cells (KC), and liver macrophages, remain unclear. Here, the spatio‐temporal distribution of mRNA encoding enhanced green fluorescent protein ( Egfp ), siRNA, or both co‐encapsulated into lipid nanoparticles (LNP) in the liver in vivo using real‐time intravital imaging is investigated. Although both KC and hepatocytes demonstrate comparable high and rapid uptake of mRNA‐LNP and siRNA‐LNP in vivo, the translation of Egfp mRNA occurs exclusively in hepatocytes during intravital imaging. Despite attempts such as inhibiting intracellular ribonuclease, substituting uridine bases in mRNA with pseudouridine, and using a different ionizable lipid in the LNP mixture, no substantial increase in Egfp translation by NPC is possible. The investigation reveals that hepatocytes, which are distinct from other liver cells due to their polyploidy, exhibit significantly elevated levels of total RNA and protein, along with a higher proportion of ribosomal protein per individual cell. Consequently, fundamental cellular differences account for the low mRNA translation observed in NPC. The findings therefore suggest that cellular biology imposes a natural limitation on synthetic mRNA translation that is strongly influenced by cellular ploidy.

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