Para peneliti yang dipimpin oleh ahli kimia Claudia Höbartner kini telah mengungkap struktur 3D enzim RNA SAMURI. Studi mereka memberikan wawasan tentang pengembangan ribozim dan evolusi RNA yang aktif secara katalitik.
Molekul RNA merupakan bagian integral dari tubuh manusia: Di dalam sel, mereka memastikan transfer informasi genetik dan mengatur aktivitas gen. Beberapa bahkan bertindak sebagai katalis, memungkinkan terjadinya reaksi kimia yang seharusnya berlangsung sangat lambat atau tidak berlangsung sama sekali. Enzim yang terbuat dari RNA disebut “ribozim”.
Sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Profesor Claudia Höbartner di Universitas Würburg (JMU) kini telah menemukan struktur tiga dimensi dari ribozim yang sangat istimewa: SAMURI. Ini adalah molekul RNA yang dihasilkan di laboratorium yang pertama kali dipresentasikan oleh tim pada tahun 2023. Para peneliti dari Institut Kimia Organik mampu menentukan struktur 3D SAMURI menggunakan kristalografi sinar-X dan bekerja sama dengan Profesor Hermann Schindelin dari Rudolf Virchow Center di Würzburg.
Perubahan Kecil Berdampak Besar
Apa yang membuat SAMURI begitu menarik bagi para peneliti adalah kemampuannya yang sangat istimewa: ribozim dapat memodifikasi molekul RNA lain secara kimiawi di lokasi tertentu dan dengan demikian memengaruhi fungsinya – misalnya, mengaktifkannya atau membuatnya dapat dikenali oleh protein. Modifikasi semacam itu memiliki beberapa tugas yang sangat penting dan memastikan bahwa RNA dapat menjalankan fungsinya dengan baik. Jika terjadi kesalahan dalam pengaturan ini, yaitu jika suatu RNA mengalami terlalu banyak atau terlalu sedikit perubahan kimia, hal ini dapat menyebabkan kegagalan proses metabolisme tertentu.
“Kita dapat menganggap molekul RNA sebagai kalimat yang terdiri dari kata dan huruf individual (nukleosida)”, jelas Höbartner. “Perubahan terkecil pada setiap titik – seperti penggantian huruf – dapat sepenuhnya mengubah arti sebuah kata atau keseluruhan kalimat. Sama seperti kata “kelelawar” menjadi “kucing” dengan mengubah satu huruf, sehingga menggambarkan dua binatang yang berbeda. dengan kemampuan yang sangat berbeda, hal serupa terjadi pada tingkat sel: “Di sini, RNA menerima informasi baru secara alami dan membuat perubahan kimia kecil padanya. Dalam sains, hal ini disebut modifikasi. Enzim melakukan reaksi kimia pada RNA, menggunakan molekul pembantu yang disebut S'adenosylmethionine, atau disingkat SAM, yang penting untuk banyak proses di dalam sel.”
SAMURI juga menggunakan SAM untuk memperkenalkan modifikasi pada RNA. Menarik untuk dicatat bahwa beberapa molekul RNA alami yang ditemukan pada bakteri juga dapat berinteraksi dengan SAM – namun tanpa mengkatalisis reaksi kimia tersebut. RNA ini disebut riboswitch, dan mereka tidak memodifikasi RNA lain secara kimia.
Berkat struktur molekul SAMURI yang diuraikan, para peneliti kini dapat menjawab pertanyaan dengan lebih baik tentang bagaimana interaksi spesifik ribozim buatan dengan SAM berbeda dari riboswitch alami. Studi menunjukkan bahwa RNA pengikat SAM yang terjadi secara alami mungkin berasal dari ribozim sebelumnya yang kehilangan fungsi katalitiknya selama evolusi”, kata Höbartner.
Penelitian Dasar Memandu Pengembangan Strategi Terapi Baru
Pengetahuan tentang struktur dan fungsi RNA katalitik penting untuk meningkatkan ribozim yang ada dan mengembangkan ribozim baru. Misalnya, penting untuk penelitian modifikasi RNA alami – misalnya, untuk memvisualisasikannya, tetapi juga untuk penggunaannya dalam RNA terapeutik.
Oleh karena itu, temuan kami dapat memberikan arah baru untuk pengembangan terapi berbasis RNA, kata Höbartner. “Dapat dibayangkan bahwa ribozim yang dikembangkan lebih lanjut suatu hari nanti dapat digunakan sebagai obat.
Tentang Studi
Struktur dan aktivitas katalitik ribozim SAMURI yang memanfaatkan SAM. Hsuan-Ai Chen, Takumi Okuda, Ann-Kathrin Lenz, Carolin PM Scheitl, Hermann Schindelin & Claudia Höbartner. Diterbitkan pada 8 Januari 2025. DOI: 10.1038/s41589-024-01808-w
