Tarian Rahasia DNA: Bagaimana Mesin Molekuler Memutar dan Memutar Kode Kehidupan
Penelitian baru menunjukkan bahwa protein SMC berputar dan berputar DNA secara konsisten pada manusia dan ragi, berdampak pada struktur dan fungsi DNA, yang penting untuk mengatasi penyakit genetik.
Para ilmuwan dari Institut Kavli di Universitas Teknologi Delft dan IMP Vienna BioCenter telah menemukan sifat baru dari motor molekuler yang mengatur kromosom kita. Enam tahun lalu, mereka menemukan bahwa protein motor SMC menciptakan loop panjang dalam DNA. Kini, mereka menemukan bahwa protein-protein ini juga menimbulkan perubahan signifikan pada loop yang mereka bentuk.
Penemuan ini memperdalam pemahaman kita tentang struktur dan fungsi kromosom, serta menjelaskan bagaimana DNA dikelola di dalam sel. Hal ini juga memberikan wawasan berharga tentang bagaimana gangguan dalam pelintiran dan perulangan DNA dapat berkontribusi terhadap masalah kesehatan, termasuk gangguan perkembangan seperti kohesinopati. Para peneliti mempublikasikan temuan mereka di Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
Pemadatan DNA dan Fungsi Seluler
Bayangkan mencoba memasukkan tali sepanjang dua meter ke dalam ruang yang lebih kecil dari ujung jarum. Itulah tugas yang dihadapi setiap sel di tubuh Anda saat mengemas DNA-nya ke dalam inti mikroskopisnya. Untuk mencapai hal ini, alam telah mengembangkan strategi yang luar biasa. DNA dipelintir menjadi gulungan demi gulungan yang rapat, membentuk struktur yang disebut superkoil (lihat gambar untuk visualisasi), dan melilit protein khusus untuk penyimpanan yang efisien.
Loop DNA dan Dinamika Kromosom
Namun, mengemas DNA saja tidak cukup – sel juga perlu mengakses dan mengelola materi genetik yang sangat padat ini. Ketika informasi genetik diperlukan, bagian tertentu dari DNA untuk sementara dibongkar dan dibaca. Selama pembelahan sel, DNA harus sepenuhnya terlepas, berduplikasi, dan terpisah menjadi dua sel baru.
Proses ini dikendalikan oleh mesin protein khusus yang dikenal sebagai kompleks SMC (Pemeliharaan Struktural Kromosom). Motor molekuler ini menciptakan loop panjang pada DNA, yang memainkan peran penting dalam mengatur struktur dan fungsi kromosom. Para peneliti di Delft dan institusi lain baru-baru ini menemukan bahwa loop DNA ini penting dalam cara kromosom mengatur dan beroperasi—sebuah terobosan penting dalam memahami biologi seluler.
Inovasi dalam Penelitian DNA
Di laboratorium Cees Dekker di TU Delft, postdocs Richard Janissen dan Roman Bath kini memberikan petunjuk yang membantu memecahkan teka-teki ini. Mereka mengembangkan cara baru untuk menggunakan 'penjepit magnetik' yang dapat digunakan untuk mengamati protein SMC individu membuat langkah perulangan dalam DNA. Yang penting, mereka juga mampu menentukan apakah protein SMC akan mengubah putaran DNA. Dan yang mengejutkan, tim menemukan bahwa hal itu terjadi: kohesin protein SMC manusia memang tidak hanya menarik DNA ke dalam satu lingkaran, tetapi juga memelintir DNA dengan cara kidal sebanyak 0,6 putaran di setiap langkah pembuatan lingkaran tersebut.
Konsistensi Evolusi Protein SMC
Terlebih lagi, tim menemukan bahwa tindakan memutar ini tidak hanya terjadi pada manusia. Protein SMC serupa dalam ragi berperilaku sama. Yang mengejutkan, semua jenis protein SMC dari manusia dan ragi menambahkan jumlah putaran yang sama – mereka mengubah DNA 0,6 kali pada setiap langkah ekstrusi loop DNA. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme ekstrusi dan puntiran DNA tetap sama untuk waktu yang sangat lama selama evolusi. Tidak peduli apakah DNA dilingkarkan pada manusia, ragi, atau sel lainnya – alam menerapkan strategi yang sama.
Implikasinya terhadap Penelitian Genetik dan Kesehatan
Temuan baru ini akan memberikan petunjuk penting untuk menyelesaikan mekanisme molekuler motor jenis baru ini. Selain itu, mereka memperjelas bahwa perulangan DNA juga memengaruhi keadaan superkoiling kromosom kita, yang secara langsung memengaruhi proses seperti ekspresi gen. Terakhir, protein SMC ini terkait dengan berbagai penyakit seperti Sindrom Cornelia de Lange, dan pemahaman yang lebih baik tentang proses ini sangat penting untuk melacak asal molekuler dari penyakit serius ini.
Referensi: “Semua protein SMC eukariotik menginduksi putaran −0,6 pada setiap langkah ekstrusi loop DNA” oleh Richard Janissen, Roman Barth, Iain F. Davidson, Jan-Michael Peters dan Cees Dekker, 13 Desember 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adt1832
