Genom tumbuhan dan hewan dikotori dengan sisa-sisa virus yang berintegrasi pada DNA mereka jutaan tahun yang lalu. Sebagian besar sisa-sisa virus ini tidak aktif, namun penelitian terbaru menunjukkan bahwa beberapa berkembang menjadi gen yang memungkinkan sel berkomunikasi.
Sepasang penelitian terbaru yang diterbitkan di jurnal Cell pada tanggal 11 Januari ini menunjukkan bahwa protein yang disandi oleh gen seperti itu menggunakan struktur mirip virus untuk antar-jemput informasi antar sel.
Ini adalah bentuk baru komunikasi seluler yang mungkin merupakan kunci pembentukan memori jangka panjang dan fungsi neurologis lainnya
Dua group penelitian menemukan fenomena ini secara independen saat mempelajari vesikel ekstraselular – selaput yang keluar menjadi gelembung dan melayang menjauh dari sel. Vesikel-vesikel ini beredar di seluruh tubuh, tapi kurang diketahui fungsinya.
Tim yang dipimpin oleh ahli saraf Jason Shepherd di University of Utah di Salt Lake City dan ahli biologi sel Vivian Budnik di University of Massachusetts Medical School di Worcester, melakukan eksperimen pada tikus dan lalat bua (Drosophila melanogaster).
Kerang pelindung
Para periset menemukan bahwa banyak vesikula ekstraselular yang dilepaskan oleh neuron mengandung gen yang disebut Arc, yang membantu neuron untuk membangun hubungan satu sama lain. Tikus yang direkayasa untuk kekurangan Arc memiliki masalah dalam membentuk ingatan jangka panjang, dan beberapa kelainan neurologis manusia terkait dengan gen ini.
Ketika Shepherd dan Budnik menganalisis urutan genetik Arc dari mouse dan lalat buah, mereka menemukan bahwa mereka serupa dengan gen virus yang disebut gag. Retrovirus seperti HIV menggunakan protein Gag untuk merakit kerang pelindung yang disebut kapsid yang mengangkut bahan genetik virus di antara sel selama infeksi.
Ketika para peneliti melihat protein Arc di bawah mikroskop resolusi tinggi, mereka menemukan bahwa protein membentuk kapsid yang serupa dan membawa petunjuk genetik, atau RNA pembawa pesan (mRNA), yang menyandikan Arc. Kapsid kemudian dibungkus dengan membran sel dan dilepaskan sebagai vesikel ekstraselular.
Tidak ada protein non-virus lain yang ditunjukkan untuk membentuk kapsid dan abtar-jemput mRNA antar sel. “Ini sangat penting,” kata Clive Bramham, seorang ahli saraf di University of Bergen di Norwegia.
Membuat koneksi
Pada lalat buah, group penelitian Budnik menemukan bahwa neuron motor – yang terhubung ke sel otot dan memberi tahu mereka kapan mengerut – menghasilkan vesikula yang mengandung Arc.
Begitu vesikula mencapai sel otot, mereka menyatu dengan sel-sel membran, melepaskan protein Arc dan mRNA. Tidak jelas apa yang dilakukan sel otot dengan protein dan mRNA, namun Budnik menemukan bahwa lalat buah yang kekurangan gen tersebut membentuk lebih sedikit hubungan antara neuron dan otot.
Group penelitian Shepherd menemukan fenomena serupa pada neuron yang diambil dari otak tikus. Neuron yang menyerap vesikula ekstraselular dari neuron lain akan mulai menggunakan mRNA Arc untuk menghasilkan protein begitu mereka dirangsang.
Shepherd dan Budnik berpikir bahwa vesikula yang mengandung Arc berperan dalam membantu neuron membentuk dan menghancurkan koneksi dari waktu ke waktu seiring sistem saraf hewan berkembang atau menyesuaikan diri dengan lingkungan atau ingatan baru.
Meskipun Arc dari versi tikus dan lalat buarh adalah serupa, mereka tampaknya telah berevolusi dari dua retrovirus yang berbeda yang memasuki genom spesies pada waktu yang berbeda. “Pasti ada sesuatu yang sangat mendasar tentang hal itu,” kata Budnik.
Melihat lebih jauh
Periset yang mempelajari vesikel ekstraselular sangat antusias dengan hasil ini, mengingat betapa sedikit yang mereka ketahui tentang fungsi vesikula di tubuh. “Ini tampaknya merupakan sesuatu yang baru,” kata Kenneth Witwer, seorang ahli biologi molekuler di Johns Hopkins University di Baltimore, Maryland, yang mempelajari bagaimana HIV berinteraksi dengan vesikel ekstraselular.
“Ini hampir menimbulkan lebih banyak pertanyaan daripada jawaban,” kata Yvonne Couch, seorang ahli biologi yang mempelajari vesikula ekstraselular di University of Oxford, Inggris. Dia bertanya-tanya apa yang merangsang neuron untuk menghasilkan vesikula ekstraselular dan bahan apa lagi yang dibawa antara sel-sel tetangga.
Shepherd dan Budnik berencana untuk terus mempelajari Arc, tapi mereka juga tertarik pada fungsi protein lain dengan cara yang sama. Genom manusia mengandung sekitar 100 gen mirip gag yang bisa menyandikan protein yang membentuk kapsid. Ada kemungkinan bentuk komunikasi baru antar sel ini lebih umum daripada yang kita duga, Shepherd mengatakan. “Kami pikir ini baru permulaan.”
Paper mereka berdua yaitu:
Shepherd, The Neuronal Gene Arc Encodes a Repurposed Retrotransposon Gag Protein that Mediates Intercellular RNA Transfer. [Cell]
Budnik, Retrovirus-like Gag Protein Arc1 Binds RNA and Traffics across Synaptic Boutons. [Cell]
Komentar dari Cell: A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory
Artikel ini terjemahan dari Nature News: Cells hack virus-like protein to communicate
Genome 4 
