Bayangkan Anda sedang mengendarai mobil di sebuah kota besar tanpa peta atau petunjuk arah. Anda tahu ke mana harus pergi, tetapi tidak tahu bagaimana sampai ke sana, atau bagaimana mobil Anda bergerak dalam setiap belokan dan tikungan. Sekarang bayangkan bahwa Anda bisa menempelkan sensor kecil pada mobil itu yang menunjukkan setiap perubahan arah dan posisi Anda secara real time. Dalam dunia biologi sel, para ilmuwan sering dihadapkan pada tantangan serupa ketika mencoba memahami bagaimana molekul kompleks bergerak dan berfungsi di dalam sel.
Sebuah tim peneliti dari University of Basel telah mengembangkan metode baru yang menyerupai sistem GPS (Global Positioning System) untuk melacak pergerakan salah satu tipe protein yang sangat penting: reseptor yang dikendalikan oleh protein G atau G protein-coupled receptors (GPCRs). Riset ini diterbitkan pada tahun 2025 dan menawarkan wawasan baru tentang bagaimana reseptor ini bergerak saat mereka diaktifkan atau dinonaktifkan—sebuah langkah penting untuk memahami fungsi dasar tubuh dan merancang obat yang lebih efektif.
GPCR merupakan sejenis protein yang berada di permukaan sel. Bayangkan mereka seperti antena atau sakelar yang menangkap sinyal dari luar sel—seperti hormon, rasa sakit, atau stres—dan kemudian mengirimkan pesan itu ke dalam sel agar sel tahu bagaimana merespons. Fungsi GPCR sangat beragam dan kritis untuk hampir semua fungsi tubuh: dari rasa dan bau, detak jantung, tekanan darah, hingga respons terhadap stres atau hormon. Struktur GPCR berada di membran sel, artinya mereka melintasi lapisan tipis yang membungkus sel kita dan berperan sebagai gerbang komunikasi utama antara lingkungan luar dan mekanisme internal sel.
Karena peran vitalnya dalam komunikasi seluler, GPCR merupakan target dari sekitar sepertiga dari semua obat yang disetujui untuk penggunaan klinis. Obat-obat seperti penghilang rasa sakit, obat jantung, antidiabetes, dan bahkan terapi untuk obesitas semuanya bekerja dengan memodulasi GPCR tertentu. Meskipun demikian, sampai saat ini masih banyak yang tidak diketahui tentang bagaimana GPCR benar-benar bergerak dan berubah bentuk ketika mereka menangkap sinyal dan kemudian mengirimkannya ke dalam sel.
Analoginya: GPS di Dalam Tubuh Kita
Untuk memahami cara kerja GPCR dengan lebih baik, para peneliti meminjam ide dari teknologi GPS yang kita gunakan setiap hari untuk navigasi. Namun alih-alih melacak lokasi mobil di peta, timmelacak ribuan atom kecil di dalam reseptor saat protein itu berubah bentuk. tim mengembangkan metode baru yang disebut GPS NMR, yang merupakan kombinasi antara analogi GPS dan teknologi ilmiah bernama NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spectroscopy.
Istilah Nuclear Magnetic Resonance atau NMR merujuk pada teknik yang memanfaatkan sifat magnetik tertentu dari inti atom untuk memetakan posisi dan lingkungan kimia atom-atom tersebut. Dalam fisiologi sel, NMR bisa digunakan untuk menentukan struktur dan dinamis suatu protein pada tingkat atom. Dengan menandai titik-titik tertentu dalam protein dengan tag spesifik, para ilmuwan bisa melihat bagaimana bagian-bagian ini bergerak dalam tiga dimensi ketika protein merespons sinyal atau obat.
Tim memfokuskan studi pada salah satu GPCR yang sangat penting, yaitu β1-adrenergic receptor, yang memainkan peran besar dalam sistem kardiovaskular kita. Reseptor ini adalah target dari obat-obat beta-blocker yang digunakan untuk mengobati tekanan darah tinggi dan penyakit jantung. Dengan menerapkan teknik GPS NMR, tim berhasil mengamati sekitar seratus titik berbeda di reseptor ini secara bersamaan, layaknya menandai puluhan posisi di mobil yang sedang bergerak untuk mengetahui bagaimana setiap bagian berosilasi atau bergeser ketika reseptor mengubah bentuknya.
Reseptor yang Dinamis: Bukan Cuma “On” dan “Off”
Sebelum metode ini dikembangkan, banyak ahli menganggap bahwa GPCR bekerja seperti saklar sederhana yang hanya memiliki dua keadaan: aktif (on) dan tidak aktif (off). Namun hasil penelitian menunjukkan bahwa kenyataannya jauh lebih kompleks. GPCR ternyata tidak berhenti di dua keadaan itu saja, tetapi berada dalam apa yang disebut keseimbangan konformasi dinamis antara beberapa keadaan—seperti tidak aktif, pra-aktif, dan aktif.
Bayangkan sebuah alat elektronik tua yang tidak langsung berubah dari mati ke penuh hidup, tetapi bergerak melalui berbagai tahap sebelum akhirnya mencapai keadaan aktif sepenuhnya. Begitu pula GPCR. Ketika molekul pemicu—misalnya hormon atau obat yang disebut agonist seperti isoprenaline—menempel pada reseptor, hal ini menggeser keseimbangan protein lebih mendekati keadaan aktif. Sebaliknya, ketika beta-blocker menempel, mereka cenderung menjaga reseptor tetap dalam keadaan tidak aktif.
Baca juga: Terobosan dalam Dunia Kimia: Hadiah Nobel Kimia 2024 untuk Desain Protein dan Prediksi Struktur
Yang menarik, penemuan ini menunjukkan bahwa reseptor tidak sekadar switch sederhana. Ada banyak langkah kecil dan perubahan atomik yang memengaruhi bagaimana sinyal dikirimkan. Dengan mengetahui langkah-langkah ini, tim dapat memahami bagaimana GPCR bertransisi dari satu keadaan ke keadaan lain. Dan ini membuka pintu besar bagi desain obat yang lebih spesifik—obat yang bisa menargetkan transisi tertentu dan menghasilkan respons yang lebih diinginkan dengan efek samping minimal.
Mengetahui Gerakan di Tingkat Atom
Salah satu hal paling menakjubkan dari penelitian ini adalah bahwa para peneliti dapat melihat bagaimana perubahan yang sangat kecil—bahkan pada tingkat atom—dapat memengaruhi fungsi keseluruhan reseptor. Setiap atom dalam protein GPCR berkontribusi terhadap cara protein itu membungkuk, bergeser, dan akhirnya merespons sinyal. Dengan teknologi GPS NMR, tim bisa memetakan perubahan ini saat reseptor berinteraksi dengan molekul lain.
Istilah konformasi merujuk pada bentuk tiga dimensi dari sebuah molekul. Sama seperti kita bisa melihat perubahan bentuk ketika sehelai kertas dilipat, protein juga berubah bentuk ketika mereka aktif. Perubahan bentuk ini—bahkan ketika sangat halus—menentukan apakah sinyal diteruskan atau tidak. Mengetahui seluruh proses ini secara detail adalah hal yang sangat penting untuk merancang obat baru yang bekerja dengan cara yang optimal.
Dampaknya pada Desain Obat Masa Depan
Salah satu keuntungan terbesar dari penelitian ini adalah bimbingan bagi pengembangan obat baru. Selama bertahun-tahun, desain obat seringkali bergantung pada struktur GPCR yang “membeku” atau diam dalam gambar tiga dimensi, hasil dari teknik seperti kristalografi sinar-X atau cryo-EM. Namun, struktur ini hanya menunjukkan satu momen tertentu dalam hidup protein—bukan cara mereka bergerak dan berubah seiring waktu.
Dengan GPS NMR, tim dapat melihat bagaimana protein bergerak secara real time. Ini berarti desainer obat bisa merancang molekul yang tidak hanya cocok dengan satu bentuk protein GPCR yang diam, tetapi dapat memengaruhi seluruh spektrum gerakan yang terjadi saat aktivasi atau inaktivasi. Dengan kata lain, kita bisa merancang obat yang lebih tepat sasaran, dengan hasil terapi yang lebih baik dan efek samping yang lebih sedikit.
Kesimpulan
Penelitian yang dilakukan oleh tim peneliti dari University of Basel membawa kita pada pemahaman terkait protein GPCR ke tingkat berikutnya. Dengan menciptakan metode GPS NMR—yang mirip dengan GPS satelit tetapi bekerja pada protein—tim telah berhasil melacak pergerakan ratusan titik dalam reseptor GPCR saat berubah bentuk. Hasilnya menunjukkan bahwa reseptor ini tidak hanya berfungsi seperti sakelar sederhana terbuka/tutup, tetapi melalui beberapa keadaan dinamis sebelum sepenuhnya aktif atau tidak aktif. Temuan ini tidak hanya membuka wawasan baru tentang fungsi dasar molekul penting dalam tubuh kita, tetapi juga memberikan petunjuk berharga untuk merancang obat-obat masa depan yang lebih efektif dan lebih aman.
Referensi
[1] https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/GPS-for-proteins–Tracking-the-motions-of-cell-receptors-.html, diakses pada 25 Januari 2026.
[2] https://www.analytica-world.com/en/news/1186297/gps-for-proteins-tracking-the-motions-of-cell-receptors.html, diakses pada 25 Januari 2026.
[3] https://www.theanalyticalscientist.com/issues/2025/articles/may/gps-nmr-tracks-motion-of-drug-targets-in-real-time/, diakses pada 25 Januari 2026.
[4] Feng-Jie Wu et al. Activation dynamics traced through a G protein–coupled receptor by 81 1H-15N NMR probes. Science, 2025 DOI: 10.1126/science.adq9106
