Cellular Trafficking of Single and Multistage Vectors

Nanomedicine is an innovative field of science which has recently generated many drug delivery platforms with exciting results. The great potential of these strategies rely on the unique characteristics of the devices at the nano-scale in terms of long time circulation in the blood stream, selective accumulation at the lesions sites, increased solubility in aqueous solutions, etc. Herein we report on a new drug delivery system known as a multistage system which is comprised of non-spherical, mesoporous silicon particles loaded with second stage nanoparticles. The rationally designed particle shape, the possibility to modulate the surface properties and the degree of porosity allow these carriers to be optimized for vascular targeting and to overcome the numerous biological barriers found in drug delivery. In this study we investigated the intra and inter cellular trafficking of the multistage system in endothelial cells bringing evidence of its bio-compatibility as well as its ability to perform multiple intra and inter cellular tasks. Once internalized in cells, the multi-particle construct is able to dissociate, localizing in different subcellular compartments which can be targeted for exocytosis. In particular the second stage nanoparticles were found to be secreted in microvesicles which can act as mediators of transfer of particles across the endothelium and between different endothelial and cancer cells.

Membrane trafficking of aquaporin 1 is mediated by protein kinase C via microtubules and regulated by tonicity

It is well-known that the rapid flow of water into and out of cells is controlled by membrane proteins called aquaporins (AQPs). However, the mechanisms that allow cells to quickly respond to a changing osmotic environment are less well established. Using GFP-AQP fusion proteins expressed in HEK293 cells, we demonstrate the reversible manipulation of cellular trafficking of AQP1. AQP1 trafficking was mediated by the tonicity of the cell environment in a specific PKC- and microtubule-dependent manner. This suggests that the increased level of water transport following osmotic change may be due a phosphorylation-dependent increase in the level of AQP1 trafficking resulting in membrane localization.

Two adaptation mechanisms regulate cellular migration in Dictyostelium discoideum

Dictyostelium discoideum is a simple model widely used to study many cellular functions, including differentiation, gene regulation, cellular trafficking and directional migration. Adaptation mechanisms are essential in the regulation of these cellular processes. The misregulation of adaptation components often results in persistent activation of signaling pathways and aberrant cellular responses. Studying adaptation mechanisms regulating cellular migration will be crucial in the treatment of many pathological conditions in which motility plays a central role, such as tumor metastasis and acute inflammation. I will describe two adaptation mechanisms regulating directional migration in Dictyostelium cells. The Extracellular signal Regulated Kinase 2 (ERK2) plays an essential role in Dictyostelium cellular migration. ERK2 stimulates intracellular cAMP accumulation in chemotaxing cells. Aberrant ERK2 regulation results in aberrant cAMP levels and defective directional migration. The MAP Phosphatase with Leucine-rich repeats (MPL1) is crucial for ERK2 adaptation. Cells lacking, MPL1 (mpl1- cells) displayed higher pre-stimulus and persistent post-stimulus ERK2 phosphorylation, defective cAMP production and reduced cellular migration. Reintroduction of a full length Mpl1 into mpl1- cells restored aggregation, ERK2 regulation, random and directional motility, and cAMP production similar to wild type cells (Wt). These results suggest Mpl1 is essential for proper regulation of ERK2 phosphorylation and optimal motility in Dictyostelium cells. Cellular polarization in Dictyostelium cells in part is regulated by the activation of the AGC-related kinase Protein Kinase Related B1 (PKBR1). The PP2A regulatory subunit, B56, and the Glycogen Synthase Kinase 3 (GSK3) are necessary for PKBR1 adaptation in Dictyostelium cells. Cells lacking B56, psrA-cells, exhibited high basal and post-stimulus persistent phosphorylation of PKBR1, increased phosphorylation of PKBR1 substrates, and aberrant motility. PKBR1 adaptation is also regulated by the GSK3. When the levels of active GSK3 are reduced in Wt and psrA- cells, high basal levels of phosphorylated PKBR1 were observed, in a Ras dependent, but B56 independent mechanism. Altogether, PKBR1 adaptation is regulated by at least two independent mechanisms: one by GSK3 and another by PP2A/B56.

Two Adaptation Mechanisms Regulate Cellular Migration in Dictyostelium discouideum

Dictyostelium discoideum is a simple model widely used to study many cellular functions, including differentiation, gene regulation, cellular trafficking and directional migration. Adaptation mechanisms are essential in the regulation of these cellular processes. The misregulation of adaptation components often results in persistent activation of signaling pathways and aberrant cellular responses. Studying adaptation mechanisms regulating cellular migration will be crucial in the treatment of many pathological conditions in which motility plays a central role, such as tumor metastasis and acute inflammation. I will describe two adaptation mechanisms regulating directional migration in Dictyostelium cells. The Extracellular signal Regulated Kinase 2 (ERK2) plays an essential role in Dictyostelium cellular migration. ERK2 stimulates intracellular cAMP accumulation in chemotaxing cells. Aberrant ERK2 regulation results in aberrant cAMP levels and defective directional migration. The MAP Phosphatase with Leucine-rich repeats (MPL1) is crucial for ERK2 adaptation. Cells lacking, MPL1 (mpl1- cells) displayed higher pre-stimulus and persistent post-stimulus ERK2 phosphorylation, defective cAMP production and reduced cellular migration. Reintroduction of a full length Mpl1 into mpl1- cells restored aggregation, ERK2 regulation, random and directional motility, and cAMP production similar to wild type cells (Wt). These results suggest Mpl1 is essential for proper regulation of ERK2 phosphorylation and optimal motility in Dictyostelium cells. Cellular polarization in Dictyostelium cells in part is regulated by the activation of the AGC-related kinase Protein Kinase Related B1 (PKBR1). The PP2A regulatory subunit, B56, and the Glycogen Synthase Kinase 3 (GSK3) are necessary for PKBR1 adaptation in Dictyostelium cells. Cells lacking B56, psrA-cells, exhibited high basal and post-stimulus persistent phosphorylation of PKBR1, increased phosphorylation of PKBR1 substrates, and aberrant motility. PKBR1 adaptation is also regulated by the GSK3. When the levels of active GSK3 are reduced in Wt and psrA- cells, high basal levels of phosphorylated PKBR1 were observed, in a Ras dependent, but B56 independent mechanism. Altogether, PKBR1 adaptation is regulated by at least two independent mechanisms: one by GSK3 and another by PP2A/B56.

A Salmonella Typhimurium-Typhi genomic chimera: a model to study Vi polysaccharide capsule function in vivo.

The Vi capsular polysaccharide is a virulence-associated factor expressed by Salmonella enterica serotype Typhi but absent from virtually all other Salmonella serotypes. In order to study this determinant in vivo, we characterised a Vi-positive S. Typhimurium (C5.507 Vi(+)), harbouring the Salmonella pathogenicity island (SPI)-7, which encodes the Vi locus. S. Typhimurium C5.507 Vi(+) colonised and persisted in mice at similar levels compared to the parent strain, S. Typhimurium C5. However, the innate immune response to infection with C5.507 Vi(+) and SGB1, an isogenic derivative not expressing Vi, differed markedly. Infection with C5.507 Vi(+) resulted in a significant reduction in cellular trafficking of innate immune cells, including PMN and NK cells, compared to SGB1 Vi(-) infected animals. C5.507 Vi(+) infection stimulated reduced numbers of TNF-α, MIP-2 and perforin producing cells compared to SGB1 Vi(-). The modulating effect associated with Vi was not observed in MyD88(-/-) and was reduced in TLR4(-/-) mice. The presence of the Vi capsule also correlated with induction of the anti-inflammatory cytokine IL-10 in vivo, a factor that impacted on chemotaxis and the activation of immune cells in vitro.

Dégradation des membres de la famille du LDLR par la convertase PCSK9 : troisième locus de l'hypercholestérolémie familiale

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont les principales causes de mortalité et de morbidité à travers le monde. En Amérique du Nord, on estime à 90 millions le nombre d’individus ayant une ou plusieurs MCV, à près de 1 million le nombre de décès reliés par année et à 525 milliards de dollars les coûts directs et indirects en 2010. En collaboration avec l’équipe du Dre. Boileau, notre laboratoire a récemment identifié, le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie familiale. Une étude publiée dans le New Engl J Med a révélé que l’absence de la convertase PCSK9 réduit de 88% le risque de MCV, corrélé à une forte réduction du taux de cholestérol plasmatique (LDL-C). Il fut démontré que PCSK9 lie directement le récepteur aux lipoprotéines de faible densité (LDLR) et, par un mécanisme méconnu, favorise sa dégradation dans les endosomes/lysosomes provoquant ainsi une accumulation des particules LDL-C dans le plasma. Dans cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à trois aspects bien distincts : [1] Quels sont les cibles de PCSK9 ? [2] Quelle voie du trafic cellulaire est impliquée dans la dégradation du LDLR par PCSK9 ? [3] Comment peut-on inhiber la fonction de PCSK9 ? [1] Nous avons démontré que PCSK9 induit la dégradation du LDLR de même que les récepteurs ApoER2 et VLDLR. Ces deux membres de la famille du LDLR (fortes homologies) sont impliqués notamment dans le métabolisme des lipides et de la mise en place de structures neuronales. De plus, nous avons remarqué que la présence de ces récepteurs favorise l’attachement cellulaire de PCSK9 et ce, indépendamment de la présence du LDLR. Cette étude a ouvert pour la première fois le spectre d’action de PCSK9 sur d’autres protéines membranaires. [2] PCSK9 étant une protéine de la voie sécrétoire, nous avons ensuite évalué l’apport des différentes voies du trafic cellulaire, soit extra- ou intracellulaire, impliquées dans la dégradation du LDLR. À l’aide de milieux conditionnées dérivés d’hépatocytes primaires, nous avons d’abord démontré que le niveau extracellulaire de PCSK9 endogène n’a pas une grande influence sur la dégradation intracellulaire du LDLR, lorsqu’incubés sur des hépatocytes provenant de souris déficientes en PCSK9 (Pcsk9-/-). Par analyses de tri cellulaire (FACS), nous avons ensuite remarqué que la surexpression de PCSK9 diminue localement les niveaux de LDLR avec peu d’effet sur les cellules voisines. Lorsque nous avons bloqué l’endocytose du LDLR dans les cellules HepG2 (lignée de cellules hépatiques pour l’étude endogène de PCSK9), nous n’avons dénoté aucun changement des niveaux protéiques du récepteur. Par contre, nous avons pu démontrer que PCSK9 favorise la dégradation du LDLR par l’intermédiaire d’une voie intracellulaire. En effet l’interruption du trafic vésiculaire entre le réseau trans-Golgien (RTG) et les endosomes (interférence à l’ARN contre les chaînes légères de clathrine ; siCLCs) prévient la dégradation du LDLR de manière PCSK9-dépendante. [3] Par immunobuvardage d’affinité, nous avons identifié que la protéine Annexine A2 (AnxA2) interagit spécifiquement avec le domaine C-terminal de PCSK9, important pour son action sur le LDLR. Plus spécifiquement, nous avons cartographié le domaine R1 (acides aminés 34 à 108) comme étant responsable de l’interaction PCSK9AnxA2 qui, jusqu’à présent, n’avait aucune fonction propre. Finalement, nous avons démontré que l’ajout d’AnxA2 prévient la dégradation du LDLR induite par PCSK9. En somme, nos travaux ont pu identifier que d’autres membres de la famille du LDLR, soit ApoER2 et VLDLR, sont sensibles à la présence de PCSK9. De plus, nous avons mis en évidence que l’intégrité du trafic intracellulaire est critique à l’action de PCSK9 sur le LDLR et ce, de manière endogène. Finalement, nous avons identifié l’Annexine A2 comme unique inhibiteur naturel pouvant interférer avec la dégradation du LDLR par PCSK9. Il est indéniable que PCSK9 soit une cible de premier choix pour contrer l’hypercholestérolémie afin de prévenir le développement de MCV. Cet ouvrage apporte donc des apports considérables dans notre compréhension des voies cellulaires impliquées, des cibles affectées et ouvre directement la porte à une approche thérapeutique à fort potentiel.

Protective signaling of oxytocin in an in vitro model of myocardial ischemia - reperfusion

Introduction : La prévention de la mort de cellules cardiaques contractiles suite à un épisode d'infarctus du myocarde représente le plus grand défi dans la récupération de la fonction cardiaque. On a démontré à maintes reprises que l'ocytocine (OT), l'hormone bien connue pour ses rôles dans le comportement social et reproductif et couramment utilisée dans l’induction de l’accouchement, diminue la taille de l'infarctus et améliore la récupération fonctionnelle du myocarde blessé. Les mécanismes de cette protection ne sont pas totalement compris. Objectif : Étudier les effets d'un traitement avec de l'ocytocine sur des cardiomyocytes isolés en utilisant un modèle in vitro qui simule les conditions d'un infarctus du myocarde. Méthodes : La lignée cellulaire myoblastique H9c2 a été utilisée comme modèle de cardiomyocyte. Pour simuler le dommage d'ischémie-reperfusion (IR), les cellules ont été placées dans un tampon ischémique et incubées dans une chambre anoxique pendant 2 heures. La reperfusion a été accomplie par la restauration du milieu de culture régulier dans des conditions normales d'oxygène. L'OT a été administrée en présence ou en absence d'inhibiteurs de kinases connues pour être impliquées dans la cardioprotection. La mortalité cellulaire a été évaluée par TUNEL et l'activité mitochondriale par la production de formazan pendant 1 à 4 heures de reperfusion. La microscopie confocale a servie pour localiser les structures cellulaires. Résultats : Le modèle expérimental de l'IR dans les cellules H9c2 a été caractérisé par une diminution dans la production de formazan (aux alentours de 50 à 70 % du groupe témoin, p < 0.001) et par l'augmentation du nombre de noyaux TUNEL-positif (11.7 ± 4.5% contre 1.3 ± 0.7% pour le contrôle). L'addition de l'OT (10-7 a 10-9 M) au commencement de la reperfusion a inversé les effets de l'IR jusqu'aux niveaux du contrôle (p < 0.001). L'effet protecteur de l'OT a été abrogé par : i) un antagoniste de l'OT ; ii) le knockdown de l'expression du récepteur à l'OT induit par le siRNA ; iii) la wortmannin, l'inhibiteur de phosphatidylinositol 3-kinases ; iv) KT5823, l'inhibiteur de la protéine kinase dépendante du cGMP (PKG); v) l'ODQ, un inhibiteur du guanylate cyclase (GC) soluble, et A71915, un antagoniste du GC membranaire. L'analyse confocale des cellules traitées avec OT a révélé la translocation du récepteur à l'OT et la forme phosphorylée de l'Akt (Thr 308, p-Akt) dans le noyau et dans les mitochondries. Conclusions : L'OT protège directement la viabilité des cardiomyocytes, lorsqu'elle est administrée au début de la reperfusion, par le déclenchement de la signalisation du PI3K, la phosphorylation de l'Akt et son trafic cellulaire. La cytoprotection médiée par l'OT implique la production de cGMP par les deux formes de GC.

Étude du trafic cellulaire de la convertase de proprotéine PCSK9 responsable de la dégradation du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9.

The chemokines CCL11, CCL20, CCL21, and CCL24 are preferentially expressed in polarized human secondary lymphoid follicles

Chemokines regulate cellular trafficking to and from lymphoid follicles. Here, the distribution pattern of four CCL chemokines is defined by in situ hybridization in human lymphoid follicles from tonsils and lymph nodes (LNs) of newborns and adults. Cells expressing CCL11 (eotaxin) and CCL20 (Exodus) were preferentially located within follicles, while cells expressing CCL21 (secondary lymphoid-tissue chemokine) and CCL24 (eotaxin-2) mRNA were almost exclusively found in the perifollicular areas. Hence, the two CCR3-binding chemokines, CCL11 and CCL24, showed a mutually exclusive expression pattern in the intra- and extra-follicular areas, respectively. Chemokine gene expression paralleled follicular maturation: in tonsils, where approximately 80% of follicles are polarized, CCL11 and CCL20 mRNA-positive cells were detected more frequently than in lymph nodes from adults, where about half of follicles are non-polarized. No intrafollicular chemokine expression was detectable in the primary follicles from newborns. Extrafollicular cells expressing CCL21 and CCL24 were again more frequent in tonsils than in LNs from adults. The observed preferential presence of cells expressing CC chemokines in polarized human lymphoid follicles indicates that chemokines are not only instrumental in the induction of follicle formation, but may also be involved in their further differentiation.

Hereditary hemochromatosis: Effects of C282Y and H63D mutations on association with β2-microglobulin, intracellular processing, and cell surface expression of the HFE protein in COS-7 cells

Hereditary hemochromatosis (HH) is the most common autosomal recessive disorder known in humans. A candidate gene for HH called HFE has recently been cloned that encodes a novel member of the major histocompatibility complex class I family. Most HH patients are homozygous for a Cys-282→Tyr (C282Y) mutation in HFE gene, which has been shown to disrupt interaction with β2-microglobulin; a second mutation, His-63→Asp (H63D), is enriched in HH patients who are heterozygous for C282Y mutation. The aims of this study were to determine the effects of the C282Y and H63D mutations on the cellular trafficking and degradation of the HFE protein in transfected COS-7 cells. The results indicate that, while the wild-type and H63D HFE proteins associate with β2-microglobulin and are expressed on the cell surface of COS-7 cells, these capabilities are lost by the C282Y HFE protein. We present biochemical and immunofluorescence data that indicate that the C282Y mutant protein: (i) is retained in the endoplasmic reticulum and middle Golgi compartment, (ii) fails to undergo late Golgi processing, and (iii) is subject to accelerated degradation. The block in intracellular transport, accelerated turnover, and failure of the C282Y protein to be presented normally on the cell surface provide a possible basis for impaired function of this mutant protein in HH.

Tsg101, a homologue of ubiquitin-conjugating (E2) enzymes, binds the L domain in HIV type 1 Pr55Gag

Ubiquitination appears to be involved in virus particle release from infected cells. Free ubiquitin (Ub), as well as Ub covalently bound to a small fraction of p6 Gag, is detected in mature HIV particles. Here we report that the p6 region in the Pr55Gag structural precursor polyprotein binds to Tsg101, a putative Ub regulator that is involved in trafficking of plasma membrane-associated proteins. Tsg101 was found to interact with Gag in (i) a yeast two-hybrid assay, (ii) in vitro coimmunoprecipitation by using purified Pr55Gag and rabbit reticulocyte lysate-synthesized Tsg101, and (iii) in vivo in the cytoplasm of COS cells transfected with gag. The PTAPP motif [or late (L) domain] within p6, which is required for release of mature virus from the plasma membrane, was the determinant for binding Pr55Gag. The N-terminal region in Tsg101, which is homologous to the Ubc4 class of Ub-conjugating (E2) enzymes, was the determinant of interaction with p6. Mutation of Tyr-110 in Tsg101, present in place of the active-site Cys that binds Ub in E2 enzymes, and other residues unique to Tsg101, impaired p6 interaction, indicating that features that distinguish Tsg101 from active E2 enzymes were important for binding the viral protein. The results link L-domain function in HIV to the Ub machinery and a specific component of the cellular trafficking apparatus.

Characterisation of an ubiquitin binding CUE domain in presenilin-1

The presenilins are the catalytic component of the gamma-secretase protease complex, involved in the regulated intramembrane proteolysis of numerous type-1 transmembrane proteins, including Amyloid precursor protein (APP) and Notch. In addition to their role in the γ-secretase complex the presenilins are involved in a number of γ-secretase independent functions such as calcium homeostasis, apoptosis, inflammation and protein trafficking. Presenilin function is known to be regulated through posttranslational modifications like endoproteolysis, phosphorylation and ubiquitination. Using a bioinformatics and protein sequence analysis approach this lab has identified a putative ubiquitin binding CUE domain in the presenilins. The aim of this project was to characterise the function of the presenilin CUE domains. Firstly, the presenilins are shown to contain a functional ubiquitin-binding CUE domain that preferentially binds to K63-linked polyubiquitin chains. The PS1 CUE domain is shown to be dispensable for PS1 endoproteolysis and γ-secretase mediated cleavage of APP, Notch and IL-1R1. This suggests the PS1 CUE domain is involved in a γ-secretase independent PS1 function. Our hypothesis is that the PS1 CUE domain is involved in regulating PS1’s intermolecular protein-protein interactions or intramolecular PS1:PS1 interactions. Here the PS1 CUE domain is shown to be dispensable for the interaction of PS1 and the K63-linked polyubiquitinated PS1 interacting proteins P75NTR, IL-1R1, TRAF6, TRAF2 and RIP1. To further investigate PS1 CUE domain function a mass spectrometry proteomics based approach is used to identify PS1 CUE domain interacting proteins. This proteomics approach demonstrated that the PS1 CUE domain is not required for PS1 dimerization. Instead a number of proteins thatinteract with the PS1 CUE domain are identified as well as proteins whose interaction with PS1 is downregulated by the presence of the PS1 CUE domain. Bioinformatic analysis of these proteins suggests possible roles for the PS1 CUE domain in regulating cell signalling, ubiquitination or cellular trafficking.

Quantitative evaluation of cellular uptake and trafficking of plain and polyethylene glycol-coated gold nanoparticles

This study addresses the cellular uptake and intracellular trafficking of 15-nm gold nanoparticles (NPs), either plain (i.e., stabilized with citrate) or coated with polyethylene glycol (PEG), exposed to human alveolar epithelial cells (A549) at the air-liquid interface for 1, 4, and 24 h. Quantitative analysis by stereology on transmission electron microscopy images reveals a significant, nonrandom intracellular distribution for both NP types. No particles are observed in the nucleus, mitochondria, endoplasmic reticulum, or golgi. The cytosol is not a preferred cellular compartment for both NP types, although significantly more PEG-coated than citrate-stabilized NPs are present there. The preferred particle localizations are vesicles of different sizes (<150, 150-1000, >1000 nm). This is observed for both NP types and indicates a predominant uptake by endocytosis. Subsequent inhibition of caveolin- and clathrin-mediated endocytosis by methyl-beta-cyclodextrin (MbetaCD) results in a significant reduction of intracellular NPs. The inhibition, however, is more pronounced for PEG-coated than citrate-stabilized NPs. The latter are mostly found in larger vesicles; therefore, they are potentially taken up by macropinocytosis, which is not inhibited by MbetaCD. With prolonged exposure times, both NPs are preferentially localized in larger-sized intracellular vesicles such as lysosomes, thus indicating intracellular particle trafficking. This quantitative evaluation reveals that NP surface coatings modulate endocytotic uptake pathways and cellular NP trafficking. Other nonendocytotic entry mechanisms are found to be involved as well, as indicated by localization of a minority of PEG-coated NPs in the cytosol.