Autophagy and formation of tubulovesicular autophagosomes provide a barrier against nonviral gene delivery.
Autophagy and formation of tubulovesicular autophagosomes provide a barrier against nonviral gene delivery.
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DOI：
10.4161/auto.23877
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发表时间：
2013-05
期刊：
影响因子：
13.3
通讯作者：
Wileman T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Roberts R;Al-Jamal WT;Whelband M;Thomas P;Jefferson M;van den Bossche J;Powell PP;Kostarelos K;Wileman T
基于阳离子脂质体（lipoplex）和聚合物（polyplex）的载体已被开发用于非病毒基因递送。这些载体结合 DNA 并通过内体进入细胞，但细胞内将 DNA 转移到细胞核的效率很低。在这里，我们展示了脂质复合物和聚合复合物载体进入内体细胞，激活自噬并产生管泡自噬体。自噬的激活依赖于 ATG5，导致 LC3 脂化，但不需要 PIK3C3/VPS34 的 PtdIns 3-激酶活性。由lipoplex产生的自噬体彼此融合并与内体融合，从而将载体递送至大的管状泡状自噬体，该自噬体在细胞核附近积累。管泡自噬体含有自噬受体蛋白 SQSTM1/p62 和泛素，表明捕获了自噬货物，但与溶酶体的融合缓慢。在无法产生管泡自噬体的 atg5−/− 细胞中，lipoplex 和 polyplex 的基因传递和表达增加了 8 倍。因此，管泡自噬体内自噬的激活和捕获为有效的基因转移提供了新的细胞屏障，在设计有效的非病毒基因递送载体时应予以考虑。
Cationic liposome (lipoplex) and polymer (polyplex)-based vectors have been developed for nonviral gene delivery. These vectors bind DNA and enter cells via endosomes, but intracellular transfer of DNA to the nucleus is inefficient. Here we show that lipoplex and polyplex vectors enter cells in endosomes, activate autophagy and generate tubulovesicular autophagosomes. Activation of autophagy was dependent on ATG5, resulting in lipidation of LC3, but did not require the PtdIns 3-kinase activity of PIK3C3/VPS34. The autophagosomes generated by lipoplex fused with each other, and with endosomes, resulting in the delivery of vectors to large tubulovesicular autophagosomes, which accumulated next to the nucleus. The tubulovesicular autophagosomes contained autophagy receptor protein SQSTM1/p62 and ubiquitin, suggesting capture of autophagy cargoes, but fusion with lysosomes was slow. Gene delivery and expression from both lipoplex and polyplex increased 8-fold in atg5−/− cells unable to generate tubulovesicular autophagosomes. Activation of autophagy and capture within tubulovesicular autophagosomes therefore provides a new cellular barrier against efficient gene transfer and should be considered when designing efficient nonviral gene delivery vectors.
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