Ilmuwan Ungkap Kemampuan Cumi-cumi Mengubah Instruksi Genetik, Unik!

Salah satu kemampuan paling menarik dari cumi-cumi adalah melakukan penyuntingan RNA melalui mekanisme yang disebut ADAR atau adenosine deaminase acting on RNA. Secara sederhana, RNA merupakan molekul yang membawa instruksi dari DNA untuk membantu sel menghasilkan protein. Melalui mekanisme ADAR, instruksi tersebut dapat dimodifikasi sebelum digunakan dalam proses pembentukan protein.

Perbedaannya terletak pada bagian informasi genetik yang mengalami perubahan. Jika perubahan DNA dapat memengaruhi cetak biru genetik yang mendasari suatu organisme, penyuntingan RNA bekerja pada instruksi sementara yang digunakan untuk membuat protein. Artinya, cumi-cumi dapat menghasilkan protein dengan sifat berbeda tanpa harus mengubah urutan DNA aslinya.

Mekanisme serupa sebenarnya juga ditemukan pada manusia dan hewan lainnya. Namun, kelompok cephalopoda memiliki kemampuan penyuntingan RNA yang jauh lebih luas, terutama pada bagian RNA yang menentukan susunan protein. Hal tersebut memungkinkan perubahan langsung pada karakteristik protein yang dihasilkan.

Para ilmuwan sebelumnya telah mengetahui bahwa penyuntingan RNA pada cephalopoda berhubungan dengan komunikasi sistem saraf. Proses ini diduga turut membantu hewan tersebut merespons perubahan lingkungan atau kondisi fisiologis, termasuk perubahan suhu. Penelitian terbaru memperlihatkan bahwa dampaknya ternyata tidak terbatas pada fungsi saraf.

Untuk memahami kemampuan tersebut, tim UCSF meneliti spesies cumi-cumi Doryteuthis pealeii, yang dikenal sebagai longfin inshore squid. Para peneliti menganalisis proteomnya, yakni keseluruhan kumpulan protein yang dihasilkan organisme tersebut. Cumi-cumi ini diketahui memiliki sekitar 24.000 protein yang menjadi bagian dari berbagai fungsi biologis tubuhnya.

Penelitian berfokus pada dua bagian tubuh, yaitu lobus optik dan insang. Lobus optik merupakan bagian penting dari sistem saraf pusat cumi-cumi yang berperan dalam pemrosesan informasi visual dan respons terhadap lingkungan. Sementara itu, insang berfungsi dalam proses pernapasan, sehingga memberikan pembanding terhadap jaringan dengan fungsi berbeda.

Dari analisis tersebut, peneliti mengidentifikasi hampir 8.000 lokasi penyuntingan yang tersebar pada lebih dari 2.000 protein. Aktivitas penyuntingan ditemukan lebih sering dan lebih kompleks pada lobus optik dibandingkan insang. Perbedaan ini memperkuat dugaan bahwa penyuntingan RNA memiliki hubungan penting dengan kompleksitas sistem saraf cephalopoda.

Menariknya, perubahan tersebut terjadi pada bagian RNA yang mengode protein, bukan hanya pada wilayah yang tidak menghasilkan protein. Artinya, proses penyuntingan berpotensi mengubah langsung sifat dan fungsi protein yang digunakan sel. Temuan ini menunjukkan bahwa penyuntingan RNA merupakan bagian penting dari mekanisme biologis cumi-cumi.

Penelitian tersebut menemukan bahwa penyuntingan RNA dapat memengaruhi berbagai karakteristik protein. Perubahan yang terjadi mencakup aktivitas protein, stabilitas, lokasi protein di dalam sel, hingga cara protein berinteraksi dengan protein lainnya. Dampaknya bahkan dapat menjangkau fungsi organel yang berperan dalam menjaga kesehatan sel.

Salah satu temuan menarik berkaitan dengan perubahan lokasi protein. Protein yang telah mengalami penyuntingan dapat berpindah dari bagian luar sel menuju area yang lebih dekat dengan inti sel. Perubahan lokasi ini penting karena fungsi suatu protein tidak hanya ditentukan oleh strukturnya, tetapi juga tempat protein tersebut bekerja.

Peneliti juga menemukan bahwa penyuntingan dapat terjadi pada protein ADAR itu sendiri. Artinya, komponen molekuler yang bertugas melakukan penyuntingan RNA juga dapat mengalami perubahan. Mekanisme ini berpotensi memberikan kemampuan pengaturan diri terhadap aktivitas penyuntingan yang berlangsung di dalam sel.

Dampak lainnya ditemukan pada mitokondria, organel yang berperan menghasilkan energi. Penyuntingan RNA diduga dapat membuat karakteristik mitokondria cumi-cumi menjadi lebih mirip dengan mitokondria manusia, terutama dalam hal stabilitas terhadap lingkungan dan kemampuan mendaur ulang komponen internalnya. Namun, hubungan tersebut masih menjadi bagian dari temuan yang membutuhkan pemahaman lebih lanjut.

Selain memengaruhi sistem saraf dan fungsi sel, penyuntingan RNA pada cumi-cumi juga berkaitan dengan sistem kreatin. Sistem ini berperan dalam menyediakan energi untuk aktivitas yang membutuhkan tenaga secara cepat. Pada cumi-cumi, kemampuan tersebut relevan untuk mendukung gerakan menghindari ancaman maupun proses biologis yang membutuhkan energi tinggi.

Peneliti menemukan bahwa perubahan susunan protein melalui penyuntingan RNA dapat memengaruhi cara sistem kreatin bekerja. Hal ini menunjukkan bahwa dampak penyuntingan tidak hanya terjadi pada satu jenis fungsi biologis. Sebaliknya, perubahan pada tingkat molekuler dapat memengaruhi berbagai proses yang saling berkaitan.

Kemampuan tersebut menjadi menarik karena cumi-cumi dikenal memiliki sistem saraf yang kompleks dibandingkan banyak kelompok hewan invertebrata lainnya. Peneliti menduga kemampuan penyuntingan RNA yang sangat luas dan perkembangan sistem saraf kompleks pada cephalopoda mungkin memiliki hubungan evolusioner. Meski demikian, penelitian ini belum memastikan seluruh mekanisme yang menjelaskan hubungan tersebut.

Dengan kata lain, penyuntingan RNA memberikan kemungkinan bagi cumi-cumi untuk menghasilkan variasi fungsi protein tanpa harus menunggu perubahan permanen pada DNA. Mekanisme ini memperlihatkan salah satu cara berbeda yang digunakan organisme untuk menghasilkan keragaman biologis.

Temuan lain yang cukup mengejutkan adalah identifikasi sekitar 5.000 urutan protein pendek yang tidak ditemukan dalam proteom referensi cumi-cumi maupun basis data Swiss-Prot yang mencakup sekitar 14.000 organisme. Penemuan ini memperlihatkan bahwa penyuntingan RNA berpotensi menghasilkan urutan protein yang belum tercatat dalam referensi yang digunakan peneliti.

Ketika seluruh lokasi penyuntingan yang teridentifikasi melalui pengurutan RNA diperhitungkan, kemungkinan kombinasi variasi protein menjadi sangat besar. Peneliti memperkirakan jumlah teoretisnya dapat mendekati 10 pangkat 248 atau 10²⁴⁸. Angka tersebut jauh melampaui perkiraan jumlah atom di alam semesta.

Namun, angka ini bukan berarti seekor cumi-cumi benar-benar menghasilkan seluruh variasi protein tersebut. Perhitungan itu menggambarkan potensi kombinasi secara teoretis, sementara jumlah variasi yang benar-benar diproduksi dalam tubuh hewan masih belum diketahui. Perbedaan antara kemungkinan dan kenyataan biologis menjadi salah satu pertanyaan yang masih perlu dijawab.

Peneliti juga belum sepenuhnya memahami mengapa cephalopoda mampu melakukan penyuntingan RNA dalam skala yang jauh lebih besar dibandingkan kelompok hewan lainnya. Struktur enzim ADAR diduga menjadi salah satu faktor, tetapi kemungkinan terdapat mekanisme tambahan yang belum terungkap.

Secara keseluruhan, penelitian ini memperlihatkan bahwa kemampuan biologis cumi-cumi tidak hanya ditentukan oleh informasi yang tersimpan dalam DNA. Melalui penyuntingan RNA, hewan tersebut memiliki cara untuk menghasilkan berbagai protein dengan karakteristik berbeda dan memengaruhi sejumlah fungsi penting dalam tubuhnya. Temuan ini membuka pemahaman baru mengenai kompleksitas biologi cephalopoda sekaligus menunjukkan masih banyak mekanisme kehidupan laut yang belum sepenuhnya dipahami manusia.