Efficiency of siRNA delivery by lipid nanoparticles is limited by endocytic recycling

内体 细胞生物学 小干扰RNA 化学 胞饮病 基因沉默 内吞作用 内吞循环 溶酶体 细胞室 细胞内 生物 转染 细胞 生物化学 基因
作者
Gaurav Sahay,William Querbes,Christopher A. Alabi,Ahmed El-Toukhy,Sovan Sarkar,Christopher Zurenko,Emmanouil D. Karagiannis,Kevin T. Love,Delai Chen,Roberto Zoncu,Yosef Buganim,Avi Schroeder,Róbert Langer,Daniel G. Anderson
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:31 (7): 653-658 被引量:787
标识
DOI:10.1038/nbt.2614
摘要

Despite efforts to understand the interactions between nanoparticles and cells, the cellular processes that determine the efficiency of intracellular drug delivery remain unclear. Here we examine cellular uptake of short interfering RNA (siRNA) delivered in lipid nanoparticles (LNPs) using cellular trafficking probes in combination with automated high-throughput confocal microscopy. We also employed defined perturbations of cellular pathways paired with systems biology approaches to uncover protein-protein and protein-small molecule interactions. We show that multiple cell signaling effectors are required for initial cellular entry of LNPs through macropinocytosis, including proton pumps, mTOR and cathepsins. siRNA delivery is substantially reduced as ≅70% of the internalized siRNA undergoes exocytosis through egress of LNPs from late endosomes/lysosomes. Niemann-Pick type C1 (NPC1) is shown to be an important regulator of the major recycling pathways of LNP-delivered siRNAs. NPC1-deficient cells show enhanced cellular retention of LNPs inside late endosomes and lysosomes, and increased gene silencing of the target gene. Our data suggest that siRNA delivery efficiency might be improved by designing delivery vehicles that can escape the recycling pathways.
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