Untuk pertama kalinya, Tim Australia mengidentifikasi keberadaan struktur DNA baru pada manusia. Struktur baru ini beruntai empat, bukan double helix, seperti yang selama ini dikenal.
Tim riset dari Garvan Institute of Medical Research di Australia menyebutnya sebagai DNA struktur i–Motif. Penemuan ini menegaskan bahwa struktur DNA manusia sebenarnya lebih rumit dari struktur simetri helix ganda yang dibuat seperti tangga berlipat, model yang ditawarkan James Watson dan Francis Crick (1968).
“Sebagian besar dari kita selama ini fokus pada asumsi struktur double helix DNA. Ternyata, ada variasi struktur DNA yang lain,” kata peneliti terapi antibodi Daniel Christ dari Garvan Institute of Medical Research di Australia.
“Penelitian baru ini mengingatkan kita bahwa struktur DNA baru benar ada. Ini menjadi petunjuk penting bagi pemahaman fungsi fisiologi dan biologi dari sel-sel kita,” tambah Mahdi Zeraati dalam jurnal Nature Chemistry.
Komponen DNA baru yang diidentifikasi oleh Daniel Christ, Marcel Dinger, dan Mahdi Zeraati disebut struktur i-Motif. Sejatinya, struktur seperti itu pertama kali ditemukan oleh para peneliti pada 1990-an. Struktur i-Motif ditemukan dalam studi biologi molekuler secara in vitro di laboratorium. Tetapi, sebelumnya tidak pernah ditemukan dalam struktur sel hidup.
(Zeraati et al., Nat Chem, 2018)
Pembuktian In Vitro
Keberadaan satu bentuk unik DNA pada manusia, khususnya – simpul kode genetik empat-untai – telah menjadi kontroversi di kalangan ilmuwan selama bertahun-tahun. Struktur i-motif umumnya mencintai lingkungan asam (kondisi ini dapat dibuat oleh para ilmuwan secara in vitro di laboratorium). Mereka sulit terbentuk secara alami terjadi di tubuh. Maka, banyak ilmuwan berpikir bahwa itu tidak mungkin ada di sel manusia.
Namun dalam beberapa tahun terakhir, penelitian telah menunjukkan kemungkinan bahwa bentuk DNA yang aneh ini, pada kenyataannya, ada pada manusia yang hidup. penelitian yang dipublikasi Nature Chemistry (23 April 2018) memberikan bukti langsung pertama bahwa ia ada dan mungkin memainkan peran penting dalam mengatur gen kita.
“Sebelum ini, itu semacam ide akademis bahwa DNA bisa berlipat empat seperti I-Motif, tetapi tidak diketahui sama sekali apa artinya bagi biologi,” kata Marcel Dinger, Kepala Kinghorn Center for Clinical Genomics pada Garvan Institute of Medical Research di Sydney. Menonton struktur i-motif muncul pada sel-sel manusia hidup cukup spektakuler,” ungkapnya.
Untuk melihat i-Motif DNA, Dinger dan timnya merancang antibodi – protein tertentu untuk menemukan dan mengunci i-Motif. Mereka menandainyai dengan pewarna fluoresen dan kemudian menyuntikkannya ke dalam sel manusia di laboratorium. Menggunakan mikroskop yang kuat, mereka melihat sekelompok titik-titik hijau yang kecil dan bersinar – antibodi berwarna yang mengikat struktur i-motif.
Kini, berkat terobosan Tim Australia, kita dapat mengetahui bahwa struktur i-motif DNA dapat ditemukan secara alamiah dalam sel-sel hidup manusia. “Ini penemuan yang sangat menarik,” kata Zoe Waller, dosen senior dalam biologi kimia di University of East Anglia, Inggris, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. ‘’Riset perlu dilanjutkan. Sekarang, riset-riset genomis ke depan bisa lebih mudah dan lengkap, ’’ tambahnya kepada LiveScience.
Selama ini para periset bertumpu pada struktur spiral rantai helix ganda ala Watson dan Crick. Maka, konfigurasi i-Motif menjadi kejutan baru. “I-Motif adalah ‘simpul’ DNA beruntai empat,” jelas Marcel Dinger, peneliti ahli genom dari Garvan Institute of Medical Research Australia.
“Dalam struktur simpul, huruf C [cytosine] pada untaian DNA yang sama mengikat satu sama lain – jadi ini sangat berbeda dari heliks ganda, di mana pasangan huruf beruntai pada posisi saling berlawanan, yakni C selalu berikatan dengan G [guanines]. ”
Menurut Mahdi Zeraati, penulis pertama pada jurnal, I-motif hanyalah salah satu dari sejumlah variasi struktur DNA yang tidak mengambil bentuk heliks ganda. Variasi lain seperti A-DNA, Z-DNA, tripleks DNA dan Salib DNA juga bisa terkandung dalam sel hidup manusia.
Jenis lain dari struktur DNA, yang disebut G-quadruplex (G4) DNA, misalnya, pertama kali divisualisasikan oleh para peneliti dalam sel manusia pada tahun 2013. DNA ini dpat dimanfaatkan untuk studi rekayasa antibodi di dalam sel.
Dalam studi baru, Zeraati dan rekan peneliti menggunakan teknik yang sama, mengembangkan fragmen antibodi (disebut i-Mab) yang secara khusus dapat mengenali dan mengikat DNA i-motif.
Dengan bantuan cahaya immunofluorescent, tim dapat memetakan aneka variasi struktur DNA sel.
Contoh citra struktur DNA antibodi iMab (hijau) dalam sebuah inti sel (Chris Hammang)
“Yang paling menggembirakan kami adalah kami bisa melihat titik-titik hijau – i-Motif muncul dan menghilang seiring waktu. Dengan demikian, kami mengetahui bagaimana mereka membentuk, melarutkan dan membentuk lagi struktur i-Motif,” ungkap Zeraati.
Meskipun masih banyak yang harus dipelajari tentang bagaimana fungsi struktur i-motif, temuan menunjukkan bahwa struktur i-motif sementara pada umumnya terbentuk secara terlambat dalam ‘siklus kehidupan’ sel – khususnya disebut fase akhir G1, ketika DNA sedang aktif ‘membaca’ .
Fungsi i-Motif
Struktur i-Motif juga cenderung muncul di daerah yang dikenal sebagai ‘promotor’ – area DNA yang mengontrol apakah gen dinyalakan atau dimatikan – dan di bagian telomere, penanda genetik yang terkait dengan penuaan.
“Kami menduga muncul dan menghilangnya struktur i-motif adalah petunjuk atau indikasi untuk apa mereka hadir,” tegas Zeraati. Dia menduga struktur baru ada untuk membantu mengaktifkan atau menonaktifkan gen tertentu. Struktur ini juga mempengaruhi apakah gen aktif dapat dibaca atau tidak,” tambahnya.
Sekarang, kata mereka, kita belum tahu pasti fungsi utama dari bentuk baru DNA ini ada di sel. Mereka percaya, penelitian-penelitian lanjutan akan menyingkap rahasia fisiologi dan biokimia dari varian struktur-struktur DNA dalam tubuh kita.
Penelitian lebih lanjut, jelas Zeraati, diharapkan juga memberi jawaban sangat penting terhadap fungsi lain dari varian struktur lainnya, temasuk A-DNA, Z-DNA, DNA tripleks, dan DNA salib juga.
“Konfirmasi fungsi DNA alternatif ini mungkin penting bagi pembentukan protein di dalam sel, selain untuk mengenali rangkaian DNA mereka dalam tugas dan fungsi eksistensi mereka dalam sel hidup,” pungkas Zeraati kepada ScienceAlert.
Di lain pihak, Zeraati juga tak menutup kemungkinan, pembentukan struktur ini punya perang sangat penting dalam menentukan fungsi normal dari sel-sel hidup berfungsi normal. ‘’Setiap penyimpangan dalam struktur i-Motif ini mungkin juga memiliki konsekuensi patologis tertentu bagi organisme pemiliknya.”
Penelitian ini, menurut Dinger, mendukung penelitian in vitro sebelumnya di laboratorium. Bahwa lipatan i-Motif terjadi di daerah yang mengatur gen. Yakni di ujung kromosom (telomere) yang dianggap berperan dalam penuaan, dan daerah promotor yang bertugas mengaktifkan dan menonaktifkan gen.
Tetapi, meskipun mengetahui beberapa wilayah di mana lipatan ini terbentuk, para peneliti belum tahu gen mana yang dilipat, serta apa yang terjadi ketika pembentukan struktur ini terganggu.
Terapi Anti Kanker
“Ada begitu banyak genom yang tidak kita pahami, mungkin sekitar 99%,” kata Dinger. Melihat DNA dilipat seperti ini di sel-sel hidup, lanjutnya, “memungkinkan untuk memecahkan kode bagian-bagian genom dan memahami apa yang mereka lakukan.”
“Saya sudah lama menunggu hasil riset seperti ini,” kata Hurley Laurence Hurley, seorang profesor di University of Arizona dan Kepala Riset Reglagene, sebuah perusahaan yang mendesain molekul terapeutik untuk menargetkan DNA beruntai empat seperti i-motif.
Kepada Live Science, Hurley menjelaskan, lipatan aneh i-Motif bisa ada di setiap sel kita. Apalagi, genom memiliki lebih sedikit lipatan dibandingkan dengan DNA yang terbentuk secara teratur. Ada indikasi, struktur i-Motif yang mengikat asam amino lebih spesifik, menjadi kunci pencarian obat dan tindakan anti kanker.
Satu masalah dengan pengobatan kanker, jelas Hurley, adalah bahwa mereka tidak cukup selektif dalam menargetkan peregangan DNA yang bermasalah. Maka, dia berharap, temuan ini memberikan landasan yang kuat untuk membuat lompatan dan terobosan dalam upaya pengobatan dan pencegahan sejumlah penyakit kanker di masa depan. [Dedi Junaedi]
