Cacing gelang kecil C.elegans menjadi fokus studi baru yang meneliti 3’UTR. Segmen RNA pendek ini memainkan peran penting dalam pengaturan gen. Peta yang dihasilkan, hasil penelitian selama 20 tahun, merupakan kumpulan data terlengkap dari jenisnya untuk hewan apa pun, dan akan membantu memajukan pemahaman dasar tentang mekanisme pengaturan gen yang penting dalam kesehatan dan penyakit manusia. Kredit: Grafik oleh Jason Drees
Sebuah studi baru menyelidiki mekanisme regulasi gen.
Para peneliti di Arizona State University telah membuat terobosan besar dalam memahami regulasi gen pada organisme hidup. Studi tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Penelitian Asam Nukleatmenyoroti peran penting dari spesifik RNA fragmen pada cacing gelang kecil dan transparan Caenorhabditis elegans (C. elegans).
Penelitian ini menyediakan peta terperinci daerah 3’UTR RNA dalam C. elegans. 3’UTR (daerah yang tidak diterjemahkan) adalah segmen RNA yang terlibat dalam regulasi gen.
Peta baru ini merupakan alat yang berharga bagi para ilmuwan untuk mempelajari bagaimana DNA Gen diaktifkan dan dinonaktifkan setelah ditranskripsi menjadi RNA. Dengan menggunakan data ini, para ilmuwan dapat membuat prediksi yang lebih baik tentang bagaimana molekul RNA kecil (miRNA) berinteraksi dengan gen untuk mengendalikan aktivitasnya. Para peneliti juga mengeksplorasi wilayah penting 3’UTR yang membantu dalam pemrosesan dan pengaturan molekul RNA.
Dengan mempelajari materi genetik dalam model organisme ini, para peneliti memperoleh wawasan lebih mendalam tentang misteri perilaku gen, mengungkap proses biologis mendasar yang penting bagi kesehatan dan penyakit manusia.
“Karya monumental ini merupakan puncak dari kerja keras selama 20 tahun. Akhirnya kami memperoleh gambaran lengkap tentang bagaimana gen terbentuk pada organisme tingkat tinggi,” kata Marco Mangone, penulis korespondensi studi baru tersebut. “Dengan kumpulan data lengkap ini, kami sekarang dapat menentukan dan mempelajari semua elemen pengatur dan pemrosesan dalam bagian gen ini. Elemen-elemen ini menentukan durasi ekspresi gen, lokasi spesifiknya dalam sel, dan tingkat ekspresi yang dibutuhkan.”
Gen hanya separuh dari ceritanya
Gen adalah segmen DNA yang berisi cetak biru bagi keanekaragaman hayati yang menakjubkan di Bumi. Akan tetapi, sebagian rahasia keberagaman ini tidak terletak pada gen itu sendiri, melainkan pada bagaimana efeknya diatur dengan sangat halus. Gen memberikan instruksi untuk membuat protein, yang berperan penting dalam membangun dan memperbaiki sel dan jaringan, mempercepat reaksi kimia, dan melindungi tubuh dari patogen.
Marco Mangone adalah seorang peneliti di Biodesign Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics dan seorang profesor di School of Life Sciences di ASU. Kredit: The Biodesign Institute di Arizona State University
Untuk menghasilkan protein, gen memerlukan molekul perantara yang disebut RNA. Selama proses ini, DNA pertama-tama disalin menjadi RNA, yang bertindak sebagai jembatan antara cetakan DNA dan protein yang dihasilkan. Meskipun genom DNA kita sudah ditetapkan sejak lahir, RNA memberi tubuh fleksibilitas yang sangat besar dengan mengatur bagaimana gen diekspresikan.
Setelah instruksi genetik ditranskripsi dari DNA menjadi messenger RNA (mRNA), segmen khusus mRNA — 3’UTR — dapat mengatur bagaimana protein diproduksi.
3’UTR adalah bagian RNA yang terletak di ujung molekul RNA pembawa pesan. Mereka membantu mengatur bagaimana dan kapan protein dibuat dengan mengendalikan stabilitas dan efisiensi mRNA. Pengaturan ini memungkinkan respons dinamis terhadap perubahan lingkungan dan memungkinkan pengendalian produksi protein, yang penting untuk beradaptasi dengan berbagai kebutuhan fisiologis.
3’UTR dipertimbangkan kembali
Awalnya, RNA noncoding seperti 3’UTR dianggap sebagai fragmen genetik yang tidak penting karena mereka sendiri tidak mengkode protein. Namun, penelitian terbaru mengungkapkan bahwa mereka sangat penting untuk memodifikasi perilaku gen dan memengaruhi stabilitas mRNA, lokalisasi, dan efisiensi translasi. Translasi mengacu pada proses mengubah RNA menjadi protein yang terdiri dari urutan asam amino.
3’UTR merupakan bagian integral dari sistem pemeriksaan dan keseimbangan yang canggih dan sangat adaptif terhadap produksi protein. Selain itu, elemen pengatur RNA ini sering kali mengandung situs pengikatan untuk elemen lain yang bertanggung jawab atas pengaturan protein, termasuk mikroRNA dan protein pengikat RNA.
Meskipun penting, para ilmuwan sebelumnya hanya mengetahui sedikit tentang gen tersebut. Studi baru ini mengatasi kesenjangan ini dengan memetakan 3’UTR untuk hampir semua gen dalam C. elegans, sehingga menyediakan peta terlengkap untuk hewan apa pun.
Jendela untuk melihat fungsi gen dan penyakit
C. elegans adalah nematoda kecil dan transparan yang merupakan salah satu organisme model yang paling banyak dipelajari dalam penelitian biologi. Kepentingannya terletak pada kesederhanaannya, siklus hidupnya yang pendek, dan struktur genetiknya yang terpetakan dengan baik.
Organisme ini memiliki banyak jalur biologis penting yang sama dengan manusia, sehingga sangat berharga untuk mempelajari fungsi gen, perkembangan, dan proses penyakit. Tubuhnya yang transparan memungkinkan peneliti untuk mengamati proses seluler secara langsung, dan komposisi genetiknya memungkinkan manipulasi gen secara tepat.
Karakteristik ini menjadikan C. elegans sebagai alat yang ampuh untuk mengungkap mekanisme dasar biologi yang seringkali dilestarikan jenistermasuk manusia.
Studi ini menemukan bahwa proses peralihan antara 3’UTR yang berbeda lebih jarang terjadi pada C. elegans daripada yang diperkirakan sebelumnya. Hal ini menantang keyakinan sebelumnya dan menyoroti kompleksitas regulasi gen. Dengan menggunakan data baru, para ilmuwan memperbarui prediksi tentang bagaimana mikroRNA berinteraksi dengan gen.
Wawasan yang diperoleh dari studi baru ini memiliki implikasi yang luas bagi kesehatan manusia. Masalah dengan pengendalian gen dapat menyebabkan penyakit seperti kanker, diabetes, dan gangguan neurologis. Dengan menyediakan peta terperinci 3’UTR dan elemen pengaturnya, penelitian ini menawarkan wawasan baru yang dapat mengarah pada perawatan dan terapi yang lebih baik.
Kumpulan data baru yang dihasilkan dalam penelitian ini akan menjadi sumber daya utama bagi para ilmuwan yang mempelajari genetika dan kesehatan manusia. Tim ASU berencana untuk melanjutkan penelitian mereka untuk lebih jauh mengeksplorasi bagaimana elemen-elemen pengatur ini bekerja dan pengaruhnya yang penting terhadap pengendalian gen.
Referensi: “Analisis komprehensif 3′UTR di Caenorhabditis elegans” oleh Emma Murari, Dalton Meadows, Nicholas Cuda dan Marco Mangone, 25 Juni 2024, Penelitian Asam Nukleat.
DOI: 10.1093/nar/gkae543