Indsigt i en højtydende molekylær lim, der holder DNA sammen

Forskere fra Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi foreslår en mekanisme, hvorved proteinet protamin modulerer pakningen af ​​DNA i sædceller. Resultaterne kan have betydning for udviklingen af ​​vacciner til cancer og virusinfektioner.

COVID-19-pandemien har bragt RNA-vacciner frem i offentlighedens opmærksomhed. De hurtige mutationer af virussen og det presserende behov for at kontrollere dens spredning har gjort forskere ivrige efter at finde måder at designe mere effektive vacciner til at pakke og levere den information, som immunsystemet har brug for. Molekylær lim giver en måde at kondensere, inaktivere, og beskytte genetisk materiale som DNA og RNA til formulering af vacciner. Protamin, et protein, der regulerer pakningen af ​​DNA i sædceller, er en sådan molekylær lim. Men indtil videre har der været ringe forståelse af mekanismen bag protamin-induceret DNA-kondensering.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i ACS Nano , en gruppe forskere ledet af prof. Yoonhee Jang fra Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi, Korea og prof. Yves Lansac fra GREMAN CNRS-laboratoriet i Institut for Fysik, University of Tours, Frankrig udviklede en model til at forstå kondensation og dekondensering af DNA induceret af protamin i halvfortyndede opløsninger. De fandt ud af, at protamin dannede forbigående broer mellem DNA, hvilket inducerede tiltrækning og tillod komprimering af DNA til bundter. De fandt endvidere ud af, at "overopladning" af opløsningen med protamin slukkede attraktionen, fører til DNA-dekondensering.

"Ved at udføre en idealiseret simulering, der kun inkorporerede elektrostatisk og sterisk interaktion, vi var i stand til at vise, at DNA-kondensering er reversibelt reguleret ved at modulere forholdet mellem positivt ladet protamin og negativt ladet DNA. Dette resultat giver en eksplicit demonstration af den langvarige påstand om, at DNA-pakning er afgørende afhængig af den ikke-specifikke karakter af elektrostatisk interaktion, " forklarer prof. Jang. Resultaterne af deres simuleringer svarede til laboratoriebaserede eksperimentelle observationer.

Forståelse af mekanismen for protamin-induceret DNA-kondensering kunne give værdifuld information om udviklingen af ​​sædceller og deres relaterede fertilitet. I øvrigt, de grundlæggende designprincipper, der ligger til grund for mekanismen for protamin-induceret DNA-kondensering, kunne bruges til at finjustere formuleringen af ​​vacciner og andre gen-baserede terapier. Ifølge prof. Lansac, "Nylige mRNA-vacciner til forebyggelse af virusinfektioner og kræftformer bruger protamin som emballerings-/afpakningsmidler. dette arbejde kan udvides til at studere mRNA-pakning/afpakning kontrolleret af protaminderivater."

Den ultimative subcellulære kunst at pakke 2 meter langt DNA i en menneskelig celle er nu forståelig gennem videnskabens mirakler, som lover at være af værdi for fremtidige opdagelser. Som prof. Jang bemærker, "Vi tror på, at forståelse og simulering af principperne på molekylært niveau, der ligger til grund for så fascinerende og dynamiske processer som DNA-pakning, ikke kun vil bringe os et skridt tættere på at optrevle livets oprindelse, men har også applikationer inden for forskellige andre områder såsom medicin, materialer, og energi."