DNA dan variasi genetik

ScienceDaily (Jan. 19, 2009) — Para peneliti di Max Planck Institute for Developmental Biology di Tübingen, Germany, menentukan struktur dari sebuah protein (L1ORF1p), yang tersandi oleh unsur genetik parasit dan bertanggung jawab atas mobilitasnya. Retrotransposon LINE-1 adalah unsur genetik bergerak yang dapat berganda dan menyusup ke dalam DNA kromosom dalam banyak lokasi. Mengganggu kode genetik di tempat integrasi dapat menjadi konsekuensi serius bagi organisme.
Disisi lain, ini membawa kepada variasi genetik, sebuah kebutuhan mutlak untuk evolusi spesies. Struktur dari protein L1ORF1p kini memungkinkan penyelidikan lebih teliti pada mekanisme mobilisasi LINE-1. Ini memberikan pandangan baru pada hubungan antara retrotransposon dan retrovirus dan mungkin juga proses evolusi tertentu pada manusia dan hewan. Lebih lanjut, para peneliti menganggap kalau mekanisme retrotransposisi LINE-1 dapat di eksploitasi suatu saat dengan secara hati-hati memasukkan informasi genetika kedalam lokasi tertentu. Ini akan menjadi alternatif dari metode lokasi tak jelas yang berdasarkan pada mekanisme retrovirus saat ini.
Retrotransposon LINE-1 adalah sebuah gen bergerak yang berganda dengan luar biasa dalam sejarah genome manusia. Saat ini, sekitar 17 persen dari DNA kita merupakan DNA yang mengandung barisan LINE-1. Ini adalah jumlah yang besar dibandingkan 30 ribu protein manusia yang disandikan oleh hanya 5 persen DNA saja. Retrotransposon LINE-1 bukan hanya memperkuat dirinya, namun juga bertanggung jawab pada integrasi sekitar satu juta baris Alu (gen parasitik lainnya). Barisan Alu hanya ada pada primata tingkat tinggi dan mencakup 10 % genome kita lainnya. Penyusupan barisan LINE-1 dan Alu adalah proses sinambung dan secara rata-rata setiap kelahiran ke 20 bayi manusia memuat setidaknya satu penyisipan baru unsur demikian.
Akibatnya, jarang ditemukan ada gen manusia yang tidak dipengaruhi masa lalu dengan penyusupan unsur LINE-1 atau Alu. “Adalah sulit untuk yakin kalau integrasi masif barisan LINE-1 dan Alu tidak punya konsekuensi pada evolusi manusia. Adalah mengejutkan betapa sedikit pengetahuan kita mengenai mekanisme retrotransposisi dan mengenai protein dan asam nukleat yang terlibat didalam proses ini”, kata Oliver Weichenrieder, ilmuan utama di Max Planck Institute for Developmental Biology. Para peneliti kemudian mencoba mendapatkan pengetahuan baru dengan karakterisasi biokimia dari molekul yang terlibat dan lewat penentuan struktur molekulernya. Ini menjadi landasan analisis fungsional detil dan mengungkapkan keserupaan pada protein yang telah diketahui, khususnya keserupaan yang tidak jelas dari perbandingan sederhana barisan asam amino saja.
Dalam karya yang baru saja diterbitkan Elena Khazina dan Oliver Weichenrieder mengkarakterisasi satu dari dua protein yang tersandi oleh retrotransposon LINE-1 manusia. Protein yang disebut L1ORF1p terikat pada RNA LINE-1, yang ditranskripsi dari sebuah unsur LINE-1 dalam DNA genome. Akibatnya, L1ORF1p sepertinya mendukung transkripsi balik RNA LINE-1 kedalam DNA. Proses ini terjadi langsung pada situs integrasi genomik unsur LINE-1 baru.
Para peneliti menunjukkan kalau protein L1ORF1p terdiri dari tiga bagian. Bagian pertama menyebabkan asosiasi diri sedemikian hingga selalu ada tiga molekul menyatu membentuk trimer. Dua bagian lainnya perlu untuk mengikat RNA LINE-1. “Sangat mengejutkan adalah identifikasi domain RRM di bagian tengah protein, karena bagian ini diyakini sebelumnya tidak terstruktur” kata Elena Khazina. “Struktur nyata kami jelas membuktikan keberadaan domain ini. Sementara kami menemukan domain-domain RRM juga dalam retrotransposon lainnya, dalam beragam jenis hewan dan tanaman”, kata sang ahli biologi struktur ini. Domain RRM (RNA Recognition Motif) sering muncul dalam sel, khususnya pada protein pengikat RNA.
Keberadaan domain RRM dalam L1ORF1p menjelaskan mengapa L1ORF1p mengikat RNA LINE-1 dan bagaimana ini dapat terjadi. Pengetahuan pada struktur dari protein L1ORF1p memberi pandangan baru dan landasan yang baik untuk penyelidikan lanjut mengenai proses seluler yang dieksploitasi oleh unsur LINE-1 untuk propagasinya sendiri, dan juga untuk mekanisme-mekanisme yang ada dalam sel untuk mencegah propagasi berlebihan dari retrotransposon.
Referensi jurnal:
1. Khazina et al. Non-LTR retrotransposons encode noncanonical RRM domains in their first open reading frame. Proceedings of the National Academy of Sciences, January 2009; DOI: 10.1073/pnas.0809964106