Gambar tersebut menunjukkan ribozim RNA polimerase yang diduga terlibat dalam asal mula kehidupan. Ribozim ditampilkan dalam keadaan beku di dalam es untuk melambangkan bagaimana ribozim dibekukan pada waktunya untuk pencitraan dan cara kerjanya paling baik dalam kondisi dingin. Situs aktif disorot dengan lampu kuning/merah dan posisi heliks dari produk templat yang diusulkan ditampilkan secara transparan. Kredit: Rune Kidmose
RNA diperkirakan telah memicu asal usul kehidupan dengan menyalin dirinya sendiri. Peneliti dari Universitas Aarhus, Denmark, dan MRC LMB Cambridge, Inggris, telah mengungkapkan struktur atom dari “mesin penyalin RNA” melalui cryo-EM. Terobosan ini menyoroti dunia kuno RNA dan mendorong kemajuan dalam nanoteknologi dan pengobatan RNA.
Dalam makalah penelitian yang diterbitkan di PNAStim peneliti sekarang melaporkan struktur atom pertama dari replika RNA menggunakan mikroskop elektron kriogenik (cryo-EM).
Replikon RNA yang sedang dipelajari dikembangkan oleh laboratorium Holliger (MRC LMB Cambridge, UK) agar efisien dalam menyalin templat panjang menggunakan triplet nukleotida dalam fase es eutektik (mirip dengan es lumpur). Sekembalinya dari studi pascadoktoral di laboratorium Holliger, Emil L. Kristoffersen, yang saat ini menjadi asisten profesor di Universitas Aarhus, memfasilitasi kolaborasi dengan laboratorium Andersen (Universitas Aarhus, Denmark) untuk menentukan struktur replikasi RNA oleh cryo-EM.
Menariknya, struktur tersebut menunjukkan kemiripan yang mencolok dengan polimerase berbasis protein dengan domain untuk pengikatan templat, polimerisasi, dan diskriminasi substrat yang disusun dalam bentuk molekul seperti tangan terbuka.
“Sangat mengejutkan saat mengetahui bahwa ribozim yang kami kembangkan secara artifisial dalam tabung reaksi akan menampilkan karakteristik protein polimerase alami. Hal ini menunjukkan bahwa evolusi dapat menemukan solusi molekuler yang konvergen, tidak peduli apakah materinya berupa RNA atau protein”, jelas Philipp Holliger, pemimpin program di MRC LMB Cambridge, Inggris.
Untuk lebih memahami cara kerja replikasi RNA, para peneliti melakukan studi mutasi komprehensif untuk menyoroti elemen penting dari struktur RNA. Analisis ini mengkonfirmasi fitur situs katalitik tetapi juga mengungkapkan pentingnya dua interaksi yang disebut ciuman-lingkaran, yang mengikat perancah dan subunit katalitik bersama-sama, serta pentingnya domain RNA spesifik untuk kesetiaan, yaitu ketepatan yang digunakan replika untuk menyalin untai RNA.
Meskipun para peneliti tidak dapat menentukan struktur replika yang “beraksi” saat menyalin RNA secara aktif, dimungkinkan untuk membuat model penyalinan RNA berbasis RNA yang konsisten dengan semua data eksperimen.
“Cryo-EM adalah metode ampuh untuk mempelajari struktur dan fitur dinamis molekul RNA. Dengan menggabungkan data cryo-EM dengan eksperimen, kita dapat membangun model bagaimana mesin RNA yang kompleks ini bekerja,” kata Ewan McRae, yang melakukan pekerjaan cryo-EM sebagai postdoc di laboratorium Andersen di Universitas Aarhus namun kini telah memulai kelompok penelitiannya sendiri. di Houston Methodist Research Institute, Texas, AS.
Studi ini memberikan gambaran pertama yang menarik tentang replika RNA yang diduga terletak di akar pohon kehidupan. Namun, replika berbasis RNA yang dikembangkan saat ini sangat tidak efisien (dibandingkan dengan polimerase berbasis protein) dan belum dapat mempertahankan replikasi dan evolusinya sendiri. Wawasan struktural yang diberikan oleh penelitian yang dilaporkan dapat membantu dalam merancang mekanisme replikasi yang lebih efisien dan dengan demikian membawa kita lebih dekat untuk mengembangkan skenario dunia RNA dalam tabung reaksi.
“Sifat replikasi RNA dapat lebih ditingkatkan dengan menggunakan modifikasi kimia yang mungkin dilakukan di dunia RNA. Selain itu, penelitian tentang asal usul kehidupan mengarah pada penemuan beberapa bahan penyusun RNA baru yang dapat digunakan dalam bidang nanoteknologi dan kedokteran RNA yang sedang berkembang,” jelas Ebbe Sloth Andersen, profesor di Universitas Aarhus, Denmark.
Referensi: “Struktur Cryo-EM dan lanskap fungsional ribozim RNA polimerase” oleh Ewan KS McRae, Christopher JK Wan, Emil L. Kristoffersen, Kalinka Hansen, Edoardo Gianni, Isaac Gallego, Joseph F. Curran, James Attwater, Philipp Holliger dan Ebbe S .Anderson, 11 Januari 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2313332121
Penelitian ini didanai oleh Independent Research Fund Denmark (9040-00425B), Novo Nordisk Foundation (NNF21OC0070452), Canadian Natural Sciences and Engineering Research Council (532417), Carlsberg Foundation (CF20-0635, CF17-0809), Lundbeck Foundation (R250 – 2017 -1502), Dewan Riset Medis, sebagai bagian dari Riset dan Inovasi Inggris (juga dikenal sebagai Riset dan Inovasi Inggris (UKRI)) (MC_U105178804), Volkswagen Foundation (96 755), beasiswa Herchel Smith (2017), dan persekutuan Marie Curie (H2020-MSCA-IF-2018-845303).
NewsRoom.id
