Forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology föreslår en mekanism genom vilken proteinet protamin modulerar förpackningen av DNA i spermieceller. Fynden kan få konsekvenser för utvecklingen av vacciner mot cancer och virusinfektioner.

COVID-19-pandemin har lett till att RNA-vacciner hamnar i förgrunden för allmänhetens uppmärksamhet. De snabba mutationerna av viruset och det akuta behovet av att kontrollera dess spridning har gjort forskare angelägna om att hitta sätt att designa effektivare vacciner för att förpacka och leverera den information som immunsystemet behöver. Molekylära lim ger ett sätt att kondensera, Inaktivera, och skydda genetiskt material som DNA och RNA för formulering av vacciner. Protamin, ett protein som reglerar packningen av DNA i spermieceller, är ett sådant molekylärt lim. Men hittills har det varit liten förståelse för mekanismen bakom protamininducerad DNA-kondensering.

I en nyligen publicerad studie publicerad i ACS Nano , en grupp forskare ledd av Prof. Yoonhee Jang från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea och prof. Yves Lansac från GREMAN CNRS-laboratoriet vid institutionen för fysik, University of Tours, Frankrike utvecklade en modell för att förstå kondensation och dekondensering av DNA inducerad av protamin i halvutspädda lösningar. De fann att protamin bildade övergående broar mellan DNA, vilket inducerade attraktion och möjliggjorde komprimering av DNA till buntar. De fann vidare att "överladdning" av lösningen med protamin släckte attraktionen, leder till DNA-dekondensering.

"Genom att utföra en idealiserad simulering som endast inkluderade elektrostatisk och sterisk interaktion, vi kunde visa att DNA-kondensation regleras reversibelt genom att modulera förhållandet mellan positivt laddat protamin och negativt laddat DNA. Detta resultat ger en explicit demonstration av det långvariga påståendet att DNA-förpackning är avgörande för den ospecifika naturen hos elektrostatisk interaktion, " förklarar prof. Jang. Resultaten av deras simuleringar motsvarade labbbaserade experimentella observationer.

Att förstå mekanismen för protamininducerad DNA-kondensering kan ge värdefull information om utvecklingen av spermier och deras relaterade fertilitet. Dessutom, de grundläggande designprinciperna som ligger till grund för mekanismen för protamininducerad DNA-kondensering skulle kunna användas för att finjustera formuleringen av vacciner och andra genbaserade terapier. Enligt prof. Lansac, "Nya mRNA-vacciner för att förhindra virusinfektioner och cancer använder protamin som förpacknings-/avförpackningsmedel. detta arbete kan utvidgas till att studera mRNA-förpackning/avförpackning kontrollerad av protaminderivat."

Den ultimata subcellulära konsten att packa 2 meter långt DNA i en mänsklig cell är nu förståelig genom vetenskapens mirakel, som lovar att vara av värde för framtida upptäckter. Som prof. Jang konstaterar, "Vi tror att förståelse och simulering av principerna på molekylär nivå som ligger bakom så fascinerande och dynamiska processer som DNA-förpackning inte bara kommer att föra oss ett steg närmare att reda ut livets ursprung, men har också tillämpningar inom olika andra områden som medicin, material, och energi."