Sebuah studi yang dilakukan oleh UNIGE dan Weizmann Institute mengungkapkan bagaimana protein tertentu berkumpul segera setelah disintesis, memastikan stabilitas dan efisiensinya.
Protein, pilar fungsi seluler, sering kali berkumpul menjadi “kompleks” untuk memenuhi fungsinya. Sebuah studi yang dilakukan oleh Universitas Jenewa dan Institut Weizmann, bekerja sama dengan Technion, mengungkapkan mengapa perakitan ini sering kali dimulai pada saat proses sintesis protein atau ”kelahiran”. Interaksi awal ini melibatkan protein yang stabilitasnya bergantung pada asosiasinya. Mereka dapat dibandingkan dengan pasangan di mana masing-masing pasangan saling mendukung. Model ini membuka jalan bagi strategi baru untuk memahami dan memperbaiki kesalahan perakitan, yang sering dikaitkan dengan patologi, termasuk gangguan neurodegeneratif dan kanker tertentu. Temuan ini dipublikasikan di jurnal Sel.
Protein adalah molekul besar yang tersusun dari rantai asam amino. Mereka diproduksi oleh ribosom, sebuah ”mesin” seluler yang membaca instruksi yang terkandung dalam RNA pembawa pesan. Setelah protein terbentuk, interaksi antara asam amino menyebabkan rantai terlipat ke dirinya sendiri dan mengadopsi struktur tertentu. Meskipun beberapa protein berfungsi secara independen, banyak protein yang harus berkumpul dengan mitra tertentu menjadi kompleks untuk memenuhi peran mereka.
Jika protein ini gagal menemukan pasangannya, hal ini dapat menyebabkan disfungsi dan patologi seluler
Pembentukan kompleks ini merupakan proses yang rumit. Jika protein gagal menemukan pasangannya atau salah melipat, hal ini dapat menyebabkan disfungsi seluler dan patologi seperti penyakit Alzheimer atau kanker tertentu. Sampai saat ini, para ilmuwan percaya bahwa protein hanya membentuk kompleks setelah disintesis sepenuhnya (perakitan pasca-translasi). Namun, penelitian terbaru mengungkapkan bahwa perakitan antara protein yang baru lahir – perakitan co-translasi – tersebar luas. Studi ini mengidentifikasi ribuan protein yang terlibat tetapi tidak menentukan pasangan protein spesifik yang terbentuk atau tanda molekuler yang mendasari pengenalan awal ini.
Ribuan Struktur Protein Dianalisis
Kelompok yang dipimpin oleh Emmanuel Levy, seorang profesor penuh di Departemen Biologi Molekuler dan Seluler di Fakultas Sains Universitas Jenewa – sebelumnya adalah seorang profesor di Institut Weizmann – bekerja sama dengan kelompok Ayala Shiber, seorang profesor di Technion, berfokus pada prinsip-prinsip dasar yang mengatur pengorganisasian mandiri protein. Dengan kata lain, para ilmuwan ini bertujuan untuk mengidentifikasi aturan umum perakitan protein. Untuk penelitian ini, tim menganalisis daftar protein yang terlibat dalam perakitan co-translasi. Dengan membandingkan strukturnya dengan protein yang berkumpul setelah translasi, mereka mampu menentukan perbedaan mendasar antara kedua mekanisme ini
“Analisis bioinformatika kami mengungkapkan bahwa protein yang berinteraksi dengan pasangannya saat masih disintesis cenderung tidak stabil ketika diisolasi. Protein ini bergantung pada pasangannya dan jika tidak menemukannya, bentuk mereka akan berubah dan terdegradasi,” jelas Saurav Mallik. seorang peneliti di Weizmann Institute dan salah satu penulis pertama studi ini.
Model Prediktif
“Dengan menggunakan pendekatan ini, kami mengembangkan model berdasarkan kumpulan data struktural yang besar, menggunakan struktur yang ditentukan secara eksperimental dan yang diprediksi oleh perangkat lunak kecerdasan buatan AlphaFold. Model kami memanfaatkan sifat struktural suatu kompleks untuk memprediksi apakah itu terkait dengan coor pasca-translasi ,” tambah Johannes Venezian dan Arseniy Lobov, salah satu penulis pertama studi ini. Para ilmuwan terutama menemukan bahwa situs pengikatan terekspos pada awal protein ini, memungkinkan mereka berinteraksi dengan pasangannya segera setelah keluar dari ribosom.
Prediksi ini divalidasi menggunakan data eksperimen yang berfokus pada beberapa protein. “Temuan ini membuka jalan bagi pemahaman yang lebih baik tentang perakitan protein di dalam sel dan menyoroti dampak global struktur protein terhadap regulasi sintesisnya,” kata Emmanuel Levy. Banyak penyakit, termasuk gangguan neurodegeneratif dan kanker tertentu, terkait dengan protein yang salah lipatan atau kompleks yang rusak. Dengan memahami aturan perakitan co-translasional, para ilmuwan dapat mengembangkan strategi untuk mencegah kesalahan ini dan merancang pendekatan terapeutik baru untuk memperbaikinya.
