DNA Nanoflowers Assemble via Template-Induced Crystallization during mRNA Synthesis

结晶 焦磷酸盐 DNA 成核 核糖核酸 化学 Crystal(编程语言) 水解 磷酸盐 抄写(语言学) 生物物理学 体外 核酸 无机焦磷酸酶 结晶学 DNA合成 ATP水解 生物矿化 焦磷酸酶 核苷酸 组合化学 信使核糖核酸 生物化学 离子 纳米棒
作者
Soroush Ahmadi,Nathan Merica Stover,Krystian Ganko,Frances B. Kayser,Richard D. Braatz,Allan S. Myerson
出处
期刊:Crystal Growth & Design [American Chemical Society]
卷期号:26 (5): 2108-2117
标识
DOI:10.1021/acs.cgd.5c01710
摘要

mRNA-based vaccines and therapeutics are synthesized using the in vitro transcription (IVT) reaction. However, the byproduct pyrophosphate (PPi) forms insoluble magnesium pyrophosphate (Mg2PPi) during IVT, which coprecipitates with DNA, the transcription blueprint, interrupting the reaction and reducing RNA yield. The severity of this crystallization problem has prompted the routine inclusion of inorganic pyrophosphatase (PPase) in industrial processes to hydrolyze pyrophosphate into phosphate ions and prevent crystallization. To date, the mechanism by which Mg2PPi crystals interact with DNA has remained unclear. In this work, we demonstrate that DNA promotes Mg2PPi crystallization through a template-directed mechanism, reducing the nucleation induction time by a factor of 2. The resulting crystals form compact spherulites with a rosette habit, distinct from the morphologies observed in DNA-free systems. We propose that DNA preferentially templates the nucleation of Mg2PPi·3.5H2O crystals by interacting with the {100} crystal face. These findings reveal how DNA influences Mg2PPi crystallization and offer mechanistic insights relevant to optimizing RNA manufacturing systems.
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