I ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology propongono un meccanismo mediante il quale la proteina protamina modula il confezionamento del DNA negli spermatozoi. I risultati potrebbero avere implicazioni per lo sviluppo di vaccini per il cancro e le infezioni virali.

La pandemia di COVID-19 ha portato i vaccini a RNA alla ribalta dell'attenzione pubblica. Le rapide mutazioni del virus e l'urgente necessità di controllarne la diffusione hanno spinto i ricercatori a trovare modi per progettare vaccini più efficienti per confezionare e fornire le informazioni necessarie al sistema immunitario. Le colle molecolari forniscono un modo per condensare, inattivare, e proteggere il materiale genetico come DNA e RNA per la formulazione di vaccini. protamina, una proteina che regola il confezionamento del DNA negli spermatozoi, è una di queste colle molecolari. Ma finora c'è stata poca comprensione del meccanismo alla base della condensazione del DNA indotta dalla protamina.

In un recente studio pubblicato su ACS Nano , un gruppo di ricercatori guidati dal Prof. Yoonhee Jang del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea e il Prof. Yves Lansac del laboratorio GREMAN CNRS nel Dipartimento di Fisica, Università di Tours, La Francia ha sviluppato un modello per comprendere la condensazione e la decondensazione del DNA indotta dalla protamina in soluzioni semidiluite. Hanno scoperto che la protamina formava ponti transitori tra il DNA, che induceva attrazione e permetteva la compattazione del DNA in fasci. Hanno inoltre scoperto che "sovraccaricare" la soluzione con protamina ha estinto l'attrazione, portando alla decondensazione del DNA.

"Eseguendo una simulazione idealizzata che incorporava solo l'interazione elettrostatica e sterica, siamo stati in grado di dimostrare che la condensazione del DNA è regolata in modo reversibile modulando il rapporto tra protamina caricata positivamente e DNA caricato negativamente. Questo risultato fornisce una dimostrazione esplicita della proposizione di lunga data secondo cui l'imballaggio del DNA si basa in modo cruciale sulla natura non specifica dell'interazione elettrostatica, " spiega il prof. Jang. I risultati delle loro simulazioni corrispondevano alle osservazioni sperimentali di laboratorio.

Comprendere il meccanismo della condensazione del DNA indotta dalla protamina potrebbe fornire preziose informazioni sullo sviluppo degli spermatozoi e sulla loro relativa fertilità. Inoltre, i principi di progettazione di base alla base del meccanismo di condensazione del DNA indotta da protamina potrebbero essere utilizzati per mettere a punto la formulazione di vaccini e altre terapie basate sui geni. Secondo il prof. Lansac, "I recenti vaccini a mRNA per prevenire le infezioni virali e i tumori utilizzano la protamina come agenti di imballaggio/disimballaggio. Pertanto, questo lavoro può essere esteso per studiare il confezionamento/de-packaging dell'mRNA controllato da derivati ​​della protamina".

L'arte subcellulare definitiva di impacchettare DNA lungo 2 metri in una cellula umana è ora comprensibile attraverso i miracoli della scienza, che si preannuncia utile per future scoperte. Come osserva il prof. Jang, "Crediamo che comprendere e simulare i principi a livello molecolare alla base di processi così affascinanti e dinamici come l'imballaggio del DNA non solo ci porterà un passo più vicino a svelare l'origine della vita, ma hanno anche applicazioni in vari altri campi come la medicina, materiali, ed energia».