Berita | Ahli biologi Penn pertama kali mengungkap perlombaan senjata genetik dua arah antara DNA berulang dan protein pengikat
Jauh di dalam kode genetik, konflik molekuler yang sebagian besar terabaikan sedang berlangsung. Sebuah tim dari University of Pennsylvania melaporkan dalam Current Biology bukti eksperimental pertama bahwa urutan genom berulang yang disebut DNA satelit dan protein yang mengikatnya terlibat dalam perlombaan senjata evolusioner dua arah yang terus berlangsung. Temuan ini menantang pandangan tradisional tentang apa yang disebut DNA sampah dan dapat memberikan penjelasan baru untuk masalah kesehatan termasuk kanker dan infertilitas.
Penelitian ini dipimpin oleh Mia Levine, asisten profesor biologi di School of Arts & Sciences Penn, dengan peneliti pascadoktoral Cara Brand sebagai penulis pertama.
Bukan DNA sampah, tetapi sumber bahaya yang mungkin?
DNA satelit tidak menyandi protein dan telah lama dianggap sebagai gangguan genom atau sisa evolusi. Levine mencatat bahwa semakin banyak bukti menunjukkan urutan berulang ini berperan penting dalam struktur kromosom, pembelahan sel, dan proses esensial lainnya. Hilangnya pengaturan dapat menimbulkan konsekuensi serius, termasuk ketidakstabilan genom, kanker, dan gangguan reproduksi.
“Kita biasanya memandang genom sebagai sistem kooperatif yang setiap bagiannya bekerja untuk menopang kehidupan. Namun, beberapa unsur bersifat egois: mereka tidak bekerja sama dan bahkan dapat mengganggu seluruh sistem,” kata Levine.
Eksperimen lintas spesies mengungkap gangguan reproduksi akibat ketidakcocokan
Untuk menguji apakah DNA satelit dan protein pengikat saling menyeimbangkan selama evolusi, tim meneliti dua lalat buah yang berkerabat dekat: Drosophila melanogaster dan Drosophila simulans. Yang pertama memiliki urutan satelit sangat besar yang mencakup 11 juta pasangan basa, sedangkan yang kedua sama sekali tidak memilikinya.
Dengan menggunakan CRISPR/Cas9, ilmuwan memindahkan gen Drosophila simulans untuk protein pengikat satelit MH (Maternal Haploid) ke dalam Drosophila melanogaster. Lalat yang dimodifikasi masih dapat menghasilkan beberapa embrio, tetapi ovariumnya berkembang buruk, produksi telur menurun tajam, dan kesuburannya sangat berkurang. Ketika gen MH sama sekali tidak ada, lalat tidak dapat bereproduksi dan embrio mati.
Yang terpenting, ketika transfer gen dilakukan pada mutan Drosophila melanogaster yang tidak memiliki urutan DNA satelit, semua efek merugikan menghilang dan perkembangan ovarium kembali normal. Hal ini menunjukkan bahwa masalah utamanya adalah ketidakcocokan antara MH dan DNA satelit yang asing.
Mekanisme molekuler teridentifikasi: jalur perbaikan DNA terganggu secara keliru
Tim meneliti Spartan, kerabat manusia dari protein MH. Spartan menguraikan protein yang menghambat pengemasan DNA, dan MH memiliki peran serupa. Ketika MH tidak cocok dengan DNA satelit Drosophila melanogaster, protein ini mungkin secara keliru mendegradasi enzim perbaikan esensial Topoisomerase II (Top2), sehingga menyebabkan kerusakan DNA dan disfungsi reproduksi.
Meningkatkan ekspresi Top2 secara genetik memulihkan kesuburan, sedangkan menurunkan Top2 memperparah kerusakan. Hal ini menegaskan bahwa interaksi antara MH dan DNA satelit melibatkan jalur perbaikan DNA.
“Mekanisme perbaikan ini ada dari ragi hingga manusia dan sangat lestari sepanjang evolusi. Namun, proteinnya masih berevolusi dengan cepat, artinya bahkan mekanisme molekuler inti terus diperbarui untuk mempertahankan fungsi dasar,” kata Brand.
Implikasi melampaui lalat buah: genom manusia mungkin menghadapi konflik internal serupa
“Persaingan evolusioner ini tentu tidak hanya terjadi pada lalat buah,” kata Levine. “Evolusi cepat serupa terjadi pada manusia dan primata. Kami percaya konflik genetik ini sangat penting bagi kesehatan manusia.”
Mutasi Spartan berhubungan dengan kanker, sedangkan DNA satelit yang tidak teratur dapat menyebabkan kesalahan pemisahan kromosom dan aneuploidi embrio, yang menyebabkan keguguran dan infertilitas. Levine mencatat bahwa banyak keguguran masih belum dapat dijelaskan dan DNA satelit merupakan sumber ketidakstabilan genom yang belum banyak diteliti.
Selanjutnya, tim akan menyelidiki apakah wilayah genom lain berpartisipasi dalam konflik tersembunyi ini dan berupaya mereproduksi mekanisme serupa pada mamalia.
Sumber artikel:
Dikumpulkan dari internet
Diterbitkan 2025-05-27
Artikel ini disusun dengan bantuan AI dan ditinjau oleh tim editorial sebelum diterbitkan.
Berita | Ahli Biologi Penn untuk Pertama Kalinya Mengungkap Perlombaan Senjata Genetik Dua Arah antara DNA Berulang dan Protein Pengikat
Berita | Ahli biologi Penn pertama kali mengungkap perlombaan senjata genetik dua arah antara DNA berulang dan protein pengikat
Jauh di dalam kode genetik, konflik molekuler yang sebagian besar terabaikan sedang berlangsung. Sebuah tim dari University of Pennsylvania melaporkan dalam Current Biology bukti eksperimental pertama bahwa urutan genom berulang yang disebut DNA satelit dan protein yang mengikatnya terlibat dalam perlombaan senjata evolusioner dua arah yang terus berlangsung. Temuan ini menantang pandangan tradisional tentang apa yang disebut DNA sampah dan dapat memberikan penjelasan baru untuk masalah kesehatan termasuk kanker dan infertilitas.
Penelitian ini dipimpin oleh Mia Levine, asisten profesor biologi di School of Arts & Sciences Penn, dengan peneliti pascadoktoral Cara Brand sebagai penulis pertama.
Bukan DNA sampah, tetapi sumber bahaya yang mungkin?
DNA satelit tidak menyandi protein dan telah lama dianggap sebagai gangguan genom atau sisa evolusi. Levine mencatat bahwa semakin banyak bukti menunjukkan urutan berulang ini berperan penting dalam struktur kromosom, pembelahan sel, dan proses esensial lainnya. Hilangnya pengaturan dapat menimbulkan konsekuensi serius, termasuk ketidakstabilan genom, kanker, dan gangguan reproduksi.
“Kita biasanya memandang genom sebagai sistem kooperatif yang setiap bagiannya bekerja untuk menopang kehidupan. Namun, beberapa unsur bersifat egois: mereka tidak bekerja sama dan bahkan dapat mengganggu seluruh sistem,” kata Levine.
Eksperimen lintas spesies mengungkap gangguan reproduksi akibat ketidakcocokan
Untuk menguji apakah DNA satelit dan protein pengikat saling menyeimbangkan selama evolusi, tim meneliti dua lalat buah yang berkerabat dekat: Drosophila melanogaster dan Drosophila simulans. Yang pertama memiliki urutan satelit sangat besar yang mencakup 11 juta pasangan basa, sedangkan yang kedua sama sekali tidak memilikinya.
Dengan menggunakan CRISPR/Cas9, ilmuwan memindahkan gen Drosophila simulans untuk protein pengikat satelit MH (Maternal Haploid) ke dalam Drosophila melanogaster. Lalat yang dimodifikasi masih dapat menghasilkan beberapa embrio, tetapi ovariumnya berkembang buruk, produksi telur menurun tajam, dan kesuburannya sangat berkurang. Ketika gen MH sama sekali tidak ada, lalat tidak dapat bereproduksi dan embrio mati.
Yang terpenting, ketika transfer gen dilakukan pada mutan Drosophila melanogaster yang tidak memiliki urutan DNA satelit, semua efek merugikan menghilang dan perkembangan ovarium kembali normal. Hal ini menunjukkan bahwa masalah utamanya adalah ketidakcocokan antara MH dan DNA satelit yang asing.
Mekanisme molekuler teridentifikasi: jalur perbaikan DNA terganggu secara keliru
Tim meneliti Spartan, kerabat manusia dari protein MH. Spartan menguraikan protein yang menghambat pengemasan DNA, dan MH memiliki peran serupa. Ketika MH tidak cocok dengan DNA satelit Drosophila melanogaster, protein ini mungkin secara keliru mendegradasi enzim perbaikan esensial Topoisomerase II (Top2), sehingga menyebabkan kerusakan DNA dan disfungsi reproduksi.
Meningkatkan ekspresi Top2 secara genetik memulihkan kesuburan, sedangkan menurunkan Top2 memperparah kerusakan. Hal ini menegaskan bahwa interaksi antara MH dan DNA satelit melibatkan jalur perbaikan DNA.
“Mekanisme perbaikan ini ada dari ragi hingga manusia dan sangat lestari sepanjang evolusi. Namun, proteinnya masih berevolusi dengan cepat, artinya bahkan mekanisme molekuler inti terus diperbarui untuk mempertahankan fungsi dasar,” kata Brand.
Implikasi melampaui lalat buah: genom manusia mungkin menghadapi konflik internal serupa
“Persaingan evolusioner ini tentu tidak hanya terjadi pada lalat buah,” kata Levine. “Evolusi cepat serupa terjadi pada manusia dan primata. Kami percaya konflik genetik ini sangat penting bagi kesehatan manusia.”
Mutasi Spartan berhubungan dengan kanker, sedangkan DNA satelit yang tidak teratur dapat menyebabkan kesalahan pemisahan kromosom dan aneuploidi embrio, yang menyebabkan keguguran dan infertilitas. Levine mencatat bahwa banyak keguguran masih belum dapat dijelaskan dan DNA satelit merupakan sumber ketidakstabilan genom yang belum banyak diteliti.
Selanjutnya, tim akan menyelidiki apakah wilayah genom lain berpartisipasi dalam konflik tersembunyi ini dan berupaya mereproduksi mekanisme serupa pada mamalia.
Sumber artikel:
Dikumpulkan dari internet