Hadiah Nobel Kedokteran tahun ini dianugerahkan kepada ilmuwan Victor Ambrose dan Gary Ruvkun. Penemuan mikroRNA – Molekul kecil yang memainkan peran kunci dalam fungsi gen.
“Regulasi genetik melalui mikroRNA, pertama kali diungkapkan oleh Ambrose dan Ruvkun, telah bekerja selama ratusan juta tahun. Mekanisme ini memungkinkan evolusi organisme kompleks,” demikian siaran pers Nobel untuk pengumuman tersebut.
Mengapa Ambrose dan Ruvkun mempelajari microRNA?
Menurut siaran persnya, para ilmuwan mendapat penghargaan karena “menemukan prinsip dasar yang mengatur bagaimana aktivitas gen diatur.” Berikut adalah contoh untuk menggambarkan apa artinya ini.
Bayangkan kromosom sebagai kotak peralatan raksasa yang membawa informasi genetik dalam bentuk DNA. Setiap sel dalam tubuh mempunyai kotak peralatan yang sama, yang berisi peralatan (atau gen) yang sama. Namun sel yang berbeda harus menggunakan alat yang berbeda tergantung pada pekerjaannya – sel saraf mungkin menggunakan alat untuk membantu mengirimkan sinyal, sel otot mungkin memilih alat yang berbeda untuk memulai gerakan.
Kunci dari perbedaan ini adalah regulasi genetik, sebuah proses yang membantu setiap sel memilih alat yang tepat untuk tugas spesifiknya. Dengan kata lain, hanya kumpulan gen yang sesuai yang diaktifkan di setiap jenis sel. Ambrose dan Ruvkun tertarik pada cara kerja regulasi gen. Penelitian mereka mengarah pada penemuan microRNA, yang memberikan cara baru untuk memahami cara kerja tubuh organisme kompleks seperti manusia.
Mengapa memahami regulasi gen penting?
Informasi genetik disimpan dalam DNA di dalam inti setiap sel. Informasi ini disalin ke mRNA, sebuah molekul yang berisi instruksi yang mengarahkan sel untuk mensintesis protein yang benar. Protein melakukan segala macam tugas penting dalam tubuh, seperti membantu otot berkontraksi atau berkomunikasi dengan saraf.
Jaringan yang berbeda dalam tubuh menghasilkan protein yang berbeda tergantung pada fungsi spesifiknya. Diferensiasi antar sel ini diatur oleh regulasi genetik, yang secara efektif mengaktifkan atau menonaktifkan gen tertentu di dalam sel agar sel dapat menjalankan fungsi spesifiknya.
Cacat pada regulasi gen dapat menyebabkan penyakit serius seperti kanker, diabetes, atau kondisi autoimun. Memahami regulasi genetik memegang kunci untuk memahami dan mengobati banyak kondisi ini secara efektif.
Pada tahun 1960-an, para ilmuwan menemukan bahwa protein khusus yang disebut faktor transkripsi dapat berikatan dengan wilayah DNA tertentu dan mengontrol pesan genetik yang dihasilkan. Faktor-faktor transkripsi ini pada dasarnya bertindak seperti saklar, menghidupkan atau mematikan gen tergantung pada kebutuhan sel. Ini merupakan lompatan besar dalam memahami bagaimana gen diatur, dan selama bertahun-tahun, sebagian besar misteri regulasi gen tampaknya telah terpecahkan. Ribuan faktor transkripsi telah diidentifikasi, dan komunitas ilmiah tampaknya telah menemukan kunci bagaimana sel mengatur aliran informasi genetik.
Kemudian, pada tahun 1993, para peraih Nobel tahun ini menerbitkan hasil yang mengungkapkan proses regulasi gen yang sepenuhnya baru, sesuatu yang tidak diantisipasi oleh siapa pun.
Bagaimana mikroRNA ditemukan?
Pada akhir tahun 1980an, Ambrose dan Ruvkun mempelajari C. elegans, cacing gelang kecil, dipelajari. Meski panjangnya hanya 1 milimeter, cacing ini memiliki banyak tipe sel yang sama dengan yang ditemukan pada hewan lebih besar, menjadikannya kandidat ideal untuk memahami bagaimana jaringan berkembang.
Ambrose dan Ruvkun secara khusus tertarik pada dua gen pada cacing ini: lin-4 dan lin-14. Gen-gen ini memainkan peran penting dalam menentukan kapan sel-sel berbeda matang. Keingintahuan para ilmuwan terguncang ketika mereka menyadari bahwa beberapa cacing mutan mempunyai masalah dengan waktu ini. Ambrose menemukan bahwa Lin-4 tampaknya menghambat Lin-14, namun proses ilmiah di baliknya tidak jelas.
Setelah mendirikan labnya di Harvard, Ambrose mulai menyelidiki gen Lin-4 lebih lanjut. Yang mengejutkan, ia menemukan bahwa Lin-4 menghasilkan molekul RNA kecil yang, seperti kebanyakan gen, tidak mengkode protein. Sebaliknya, RNA “mikro” ini hanya menghambat aktivitas lin-14.
Sementara itu, Ruvkun, di laboratoriumnya sendiri, mengamati dengan cermat gen Lin-14 dan menemukan bahwa Lin-4 tidak menghentikan produksi mRNA Lin-14, yang berisi instruksi genetik untuk membuat proteinnya. Sebaliknya, ini mencegah Lin-14 membuat protein. Ketika Ambrose dan Ruvkun membandingkan temuan mereka, sebuah terobosan muncul—RNA kecil dari lin-4 cocok dengan bagian tertentu dari mRNA lin-14, sehingga memungkinkannya mengunci dan secara efektif mematikan produksi protein lin-14.
Penemuan ini mengungkapkan cara baru yang menarik untuk mengatur gen melalui molekul RNA kecil, yang sekarang dikenal sebagai microRNA. Awalnya diterbitkan pada tahun 1993, penemuan ini tidak mendapat banyak perhatian karena banyak ilmuwan percaya bahwa proses aneh ini terbatas pada C. elegans.
Namun, semuanya berubah pada tahun 2000 ketika tim Ruvkun menemukan microRNA lain yang disebut let-7, yang ditemukan di banyak spesies, termasuk manusia. Temuan ini memicu minat luas, yang mengarah pada identifikasi ratusan microRNA. Saat ini, kita mengetahui bahwa mikroRNA memainkan peran penting dalam regulasi gen untuk hampir semua organisme multiseluler, termasuk manusia.
