Setiap detik, sel-sel yang tak terhitung jumlahnya di tubuh manusia membelah untuk menciptakan sel-sel baru. Ini adalah salah satu proses terpenting dalam biologi dan bergantung pada ribuan molekul yang bekerja sama dengan presisi luar biasa. Namun terkadang prosesnya terhenti secara tidak terduga.
Sebelum sebuah sel dapat membelah menjadi dua sel yang terpisah, sel tersebut harus terlebih dahulu menyalin seluruh DNA-nya sehingga setiap sel baru menerima cetak biru genetik yang lengkap. Dalam beberapa kasus, DNA berhasil disalin, namun sel tidak pernah membelah sepenuhnya. Hasilnya adalah satu sel yang mengandung dua kali jumlah DNA normal, suatu kondisi yang dikenal sebagai duplikasi genom utuh (WGD).
Cara sederhana untuk membayangkan hal ini adalah membuat dua fotokopi sebuah dokumen tetapi secara tidak sengaja menempatkan kedua salinan tersebut dalam folder yang sama alih-alih memisahkannya.
Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa duplikasi genom secara menyeluruh dapat menimbulkan konsekuensi besar. Sel dengan DNA ekstra mungkin berhenti berfungsi secara normal, menjadi tidak aktif, mati, berubah menjadi jenis sel lain, menumpuk kerusakan terkait usia, atau berkontribusi terhadap penyakit termasuk kanker.
Dua cara berbeda yang bisa menyebabkan sel gagal
Para peneliti di Universitas Hokkaido ingin memahami apakah kegagalan sel tertentu selama pembelahan mengubah apa yang terjadi setelahnya.
Tim fokus pada dua penyebab utama duplikasi seluruh genom: kegagalan sitokinesis dan selip mitosis.
Dalam kegagalan sitokinesis, sel menyelesaikan hampir seluruh proses pembelahan, namun gagal pada langkah terakhir di mana sel secara fisik membelah menjadi dua sel terpisah. Selama selip mitosis, sel memulai proses pembelahan tetapi keluar terlalu dini sebelum kromosomnya terpisah dengan baik.
“Meskipun duplikasi seluruh genom terjadi melalui berbagai proses seluler, tidak jelas apakah perbedaan jalur mempengaruhi karakteristik sel yang dihasilkan,” jelas Associate Professor Ryota Uehara, penulis studi tersebut.
Meskipun kedua kesalahan tersebut menghasilkan sel dengan DNA berlipat ganda, para peneliti menemukan bahwa hasilnya sangat berbeda.
Mengapa beberapa sel berlapis DNA bertahan hidup
Dengan menggunakan pencitraan sel hidup dan teknik pelabelan khusus kromosom, para ilmuwan melacak perilaku sel setelah menjalani duplikasi seluruh genom melalui dua mekanisme berbeda.
Sel yang terbentuk setelah kegagalan sitokinesis jauh lebih stabil dan lebih mungkin untuk bertahan hidup. Namun, sel-sel yang dihasilkan oleh selip mitosis seringkali memiliki distribusi kromosom yang tidak merata dan tingkat kelangsungan hidup yang lebih rendah.
Para peneliti menemukan bahwa pengorganisasian kromosom adalah faktor kunci dalam perbedaan ini.
Selama selip mitosis, kromosom sering kali terbagi secara tidak merata, sehingga menciptakan ketidakseimbangan genetik yang serius yang mengurangi kemampuan sel untuk bertahan hidup. Jika sitokinesis gagal, distribusi kromosom tetap lebih seimbang, sehingga sel tetap lebih stabil.
Tim juga menemukan bahwa ketika mereka secara eksperimental memperbaiki pemisahan kromosom dalam sel-sel yang mengalami selip mitosis, sel-sel tersebut menjadi jauh lebih mampu bertahan hidup.
Implikasi untuk penelitian kanker
Temuan ini dapat memiliki implikasi penting bagi pengobatan dan pencegahan kanker.
Duplikasi seluruh genom sering terjadi pada sel kanker, dan beberapa pengobatan kanker juga dapat memicunya secara tidak sengaja. Sel yang bertahan setelah memperoleh DNA tambahan dapat terus berkembang biak dan berpotensi berkontribusi terhadap kekambuhan tumor.
Penelitian baru menunjukkan bahwa menargetkan proses pemisahan kromosom dapat membantu mencegah sel-sel abnormal bertahan dan terus tumbuh.
“Ada berbagai mekanisme yang menyebabkan duplikasi seluruh genom dapat terjadi, namun dampaknya yang berbeda-beda sebagian besar telah diabaikan,” kata Uehara. “Kami menantang pandangan konvensional ini dengan membandingkan sel yang dibentuk oleh mekanisme berbeda dan menemukan bahwa perbedaan ini dapat memengaruhi perilaku seluler dalam jangka panjang.”
