Bayangkan sebuah kereta diparkir di sebuah stasiun. Penumpang sudah naik, petugas tiket sudah memeriksa tiket dan semuanya tampak siap berangkat. Namun jika jam tangan masinis berhenti bekerja, kereta tidak akan pernah berangkat. Pintu tetap terbuka, peluit tidak pernah dibunyikan, dan perjalanan tidak pernah dimulai.
Masalah serupa bisa terjadi di dalam sel hidup. Jika sistem waktu yang mengontrol perkembangan gagal, suatu organisme mungkin tidak akan pernah menyelesaikan langkah-langkah yang diperlukan untuk mencapai usia dewasa.
Para peneliti di Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) kini telah mengidentifikasi apa yang tampaknya merupakan jam utama perkembangan cacing kecil tersebut. C. elegans. Penemuan ini mengungkap bagaimana sel mempertahankan pertumbuhan dan perkembangannya sesuai jadwal dengan mengoordinasikan serangkaian aktivitas genetik yang diatur waktunya secara cermat.
Para ilmuwan mengidentifikasi jam perkembangan utama
Beberapa tahun lalu, Profesor CSHL Christopher Hammell dan rekan-rekannya menemukan perkembangan tersebut C. elegans didorong oleh impuls ekspresi gen. Semburan aktivitas genetik ini terjadi secara berurutan dan membantu memandu organisme melalui setiap tahap pertumbuhan.
Yang masih belum jelas adalah bagaimana denyut nadi ini diatur waktunya dengan tepat.
Tim kini menemukan bahwa dua protein, MYRF-1 dan LIN-42, membentuk sirkuit umpan balik yang berfungsi sebagai pusat jam perkembangan genom cacing. Bersama-sama, mereka menentukan kapan setiap ledakan ekspresi gen dimulai dan berapa lama berlangsung. Menurut para peneliti, ini adalah contoh pertama dari jam biologis yang tidak berulang.
“Ini adalah jam sentral dari semua sel pada cacing,” jelas Hammell. “Ia bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan serangkaian rangkaian ekspresi gen yang harus terjadi hanya sekali, dan secara berurutan, untuk kemajuan perkembangan yang tepat. Ia seperti ratchet. Ia menghidupkan dan mematikan gen beberapa kali selama perkembangan, namun pada akhirnya hanya berjalan dalam satu arah.”
Bagaimana MYRF-1 dan LIN-42 mengendalikan pertumbuhan
Untuk mengungkap mekanisme jam, para peneliti menggabungkan eksperimen biologi molekuler tradisional dengan pengurutan DNA, pengurutan protein, dan alat kecerdasan buatan AlphaFold.
Hasil penelitian mereka mengungkapkan bahwa MYRF-1 memainkan beberapa peran penting selama pengembangan. Protein bertindak sebagai pemicu yang memulai setiap tahap perkembangan dan juga diperlukan pada pos pemeriksaan yang menandai selesainya tahap tersebut.
Setelah ledakan aktivitas gen dimulai, MYRF-1 mengaktifkan LIN-42. LIN-42 kemudian membantu mengatur intensitas dan durasi denyut genetik. Bersama-sama, kedua protein tersebut memastikan bahwa perkembangan terjadi dalam urutan dan kecepatan yang tepat.
Ketika para peneliti memblokir MYRF-1, seluruh program pengembangan gagal.
“Kami belum pernah melihat hal seperti ini sebelumnya,” kata Hammell. “MYRF-1 adalah bagian dari jam pengatur utama untuk semua sel, tetapi juga bertindak sebagai pembuat kunci dan kunci utama untuk setiap tahap pertumbuhan. Tanpa kunci yang tepat untuk setiap tahap, pembangunan akan menemui jalan buntu dan tidak dapat maju.”
Menjelajahi bagaimana jam seluler tetap sinkron
Tim peneliti juga termasuk Direktur Penelitian CSHL Leemor Joshua-Tor. Tujuan mereka selanjutnya adalah untuk lebih memahami bagaimana MYRF-1 dan LIN-42 berinteraksi secara fisik dan bagaimana jam perkembangan ini berfungsi dalam sel yang berbeda.
Salah satu pertanyaan paling menarik adalah apakah masing-masing jam seluler berkomunikasi satu sama lain selama perkembangan.
“Sirkuit MYRF-1/LIN-42 bekerja di semua sel,” jelas Hammell. “Dan masing-masing jam seluler independen ini tampaknya sinkron ketika Anda mengamati perkembangan normal. Namun apakah mereka berkomunikasi satu sama lain? Kami belum pernah memikirkan pertanyaan ini secara mendalam sebelumnya.”
Implikasi potensial terhadap gangguan perkembangan
Memahami bagaimana jam perkembangan bekerja dan tetap tersinkronisasi dapat memberikan wawasan penting mengenai pertumbuhan sel, diferensiasi dan perkembangan jaringan dan organ.
Di masa depan, penelitian ini juga dapat membantu para ilmuwan lebih memahami gangguan perkembangan dan penyakit genetik tertentu. Dengan mengungkap bagaimana sistem pengaturan waktu internal tubuh mempertahankan pertumbuhan, hasil penelitian ini pada akhirnya dapat menunjukkan cara-cara baru untuk mengatasi kondisi di mana perkembangan normal terganggu.
Seperti kereta api yang akhirnya menerima sinyal untuk meninggalkan stasiun, jam MYRF-1/LIN-42 yang baru ditemukan tampaknya membantu memastikan bahwa pembangunan terus berjalan, selangkah demi selangkah.
