Protein memungkinkan sel mengingat seberapa sukses pembelahan terakhirnya

Ketika kita berbicara tentang ingatan dalam biologi, kita cenderung fokus pada otak dan penyimpanan informasi di neuron. Namun masih banyak kenangan lain yang tersimpan di dalam sel kita. Sel mengingat riwayat perkembangannya, apakah pernah terpapar patogen, dan sebagainya. Hal ini menimbulkan pertanyaan yang sulit dijawab: Bagaimana sesuatu yang mendasar seperti sel dapat menyimpan informasi di berbagai kompartemen?

Tidak ada jawaban tunggal, dan dalam banyak kasus, rinciannya sangat sulit ditentukan. Namun para ilmuwan kini telah berupaya mengembangkan sistem memori tunggal secara rinci. Sel-sel tersebut mampu mengingat ketika induknya mengalami kesulitan membelah, suatu masalah yang sering dikaitkan dengan kerusakan DNA dan kanker. Jika masalahnya cukup besar, kedua sel yang dihasilkan akan berhenti membelah diri.

Setel pengatur waktu

Pada organisme multiseluler, pembelahan sel diatur dengan sangat hati-hati. Pembelahan yang tidak terkendali adalah ciri khas kanker. Namun masalah pada bagian pembelahan individu – seperti menyalin DNA, memperbaiki kerusakan, dan memastikan setiap sel anak mendapatkan jumlah kromosom yang tepat – dapat menyebabkan mutasi. Oleh karena itu, proses pembelahan sel melibatkan banyak pos pemeriksaan di mana sel memastikan semuanya berfungsi dengan baik.

Tetapi jika sel melewati semua pos pemeriksaan, semuanya akan baik-baik saja, bukan? Ternyata kurang tepat.

Mitosis adalah bagian pembelahan sel di mana kromosom duplikat dipisahkan menjadi masing-masing sel anak. Menghabiskan terlalu banyak waktu untuk membelah dapat berarti kromosom telah rusak, yang dapat menimbulkan masalah di kemudian hari. Penelitian sebelumnya telah menemukan bahwa beberapa sel yang berasal dari retina akan terdeteksi ketika mitosis memakan waktu terlalu lama, dan sel anak berhenti membelah.

Penelitian baru yang dilakukan oleh tim peneliti di Okinawa, Jepang dan San Diego, mulai menunjukkan bahwa perilaku ini tidak terbatas pada sel retina saja, namun tampaknya merupakan respons umum terhadap mitosis yang lambat. Eksperimen dengan waktu yang tepat menunjukkan bahwa semakin lama sel mencoba menjalani mitosis, semakin besar kemungkinan sel anak berhenti membelah. Para peneliti menyebut sistem ini sebagai “stopwatch mitosis”.

Jadi, bagaimana sel memulai stopwatch? Ini tidak seperti Anda dapat meminta Siri untuk menyetel pengatur waktu, namun Siri terjebak saat bekerja dengan asam nukleat dan protein.

Ternyata, seperti banyak hal yang terbawa dalam pembelahan sel, jawabannya kembali ke protein yang disebut p53. Ini adalah protein penting untuk banyak jalur yang mendeteksi kerusakan sel dan mencegah pembelahan sel jika ada masalah. (Anda mungkin ingat hal ini dari liputan kami baru-baru ini tentang evolusi sel induk gajah.)

Stopwatch yang terbuat dari protein

Para peneliti menemukan bahwa ketika mitosis terjadi, p53 mulai terbentuk dalam kompleks yang mengandung dua protein lain (protease 28 spesifik ubiquitin dan protein terkait p53 1 yang diberi nama kreatif). Jika Anda membuat mutasi pada salah satu protein yang mencegah pembentukan kompleks ini, penghentian mitosis akan berhenti bekerja. Kompleks tiga protein ini hanya mulai terakumulasi ke tingkat yang signifikan jika mitosis memakan waktu lebih lama dari biasanya, dan tetap stabil setelah terbentuk sehingga diangkut ke sel anakan setelah pembelahan sel selesai.

Jadi mengapa kompleks ini hanya terbentuk ketika mitosis memakan waktu lebih lama dari biasanya? Kuncinya ternyata adalah protein yang disebut kinase, yang mengikat fosfat ke protein lain. Para peneliti memeriksa bahan kimia yang menghambat kinase spesifik yang aktif selama mitosis dan perbaikan DNA, dan menemukan zat spesifik yang penting untuk penghentian mitosis. Dengan tidak adanya kinase ini (PLK1, bagi yang penasaran), kompleks tiga protein tidak terbentuk.

Jadi, para peneliti mengira stopwatchnya terlihat seperti ini: Selama mitosis, kinase secara perlahan menempelkan fosfat ke salah satu protein, memungkinkannya membentuk kompleks tiga protein. Jika pembelahan terjadi cukup cepat, kadar senyawa ini tidak akan terlalu tinggi, dan tidak berpengaruh pada sel. Namun jika pembelahan berlangsung lebih cepat, senyawa tersebut mulai terakumulasi, dan cukup stabil untuk tetap ada di kedua sel anak. Kehadiran senyawa tersebut membantu menstabilkan protein p53, memungkinkannya menghentikan pembelahan sel di masa depan setelah jumlahnya cukup tinggi.

Konsisten dengan gagasan ini, ketiga protein dalam kompleks tersebut bersifat penekan tumor, artinya mutasi pada protein tersebut meningkatkan kemungkinan pembentukan tumor. Para peneliti mengkonfirmasi bahwa jam mitosis sering kali rusak pada sampel tumor.

Jadi, beginilah cara masing-masing sel dapat menyimpan salah satu ingatannya – memori masalah pembelahan sel. Namun, stopwatch mitosis hanyalah salah satu sistem penyimpanan memori, dengan sistem terpisah yang menangani memori berbeda. Pada saat yang sama hal ini terjadi, ada sejumlah besar jalur lain yang juga memicu aktivitas p53. Jadi, meskipun jam berhenti mitosis dapat secara efisien menangani jenis masalah tertentu, jam tersebut dibangun dalam banyak sistem kompleks tambahan yang beroperasi di dalam sel.

Sains, 2024. DOI: 10.1126/science.add9528 (Tentang ID digital).