Dalam dunia biologi molekuler, mitosis, proses pembelahan sel, telah lama dianggap sebagai momen di mana genom kehilangan organisasi tiga dimensinya. Namun, penelitian terbaru dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah mengubah pandangan ini. Temuan mereka menunjukkan bahwa struktur DNA kecil dalam bentuk loop tetap ada bahkan saat sel mengalami pembelahan, menawarkan wawasan baru tentang cara sel mempertahankan instruksi genetiknya.
Daftar isi
Mitos tentang Mitosis: Lebih dari Sekadar “Lembar Kosong”
Sebelum sel membelah menjadi dua, ia harus menyalin semua kromosomnya agar setiap sel anak menerima satu set instruksi genetik lengkap. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan percaya bahwa proses ini membuat genom kehilangan struktur tiga dimensinya sementara waktu. Setelah pembelahan selesai, struktur ini diyakini perlahan-lahan terbentuk kembali untuk mengatur aktivitas gen di dalam sel.
Namun, penelitian terbaru yang dipimpin oleh Anders Sejr Hansen, seorang profesor teknik biologi di MIT, menunjukkan bahwa pandangan ini tidak sepenuhnya akurat. Dengan menggunakan metode pemetaan genom yang lebih canggih, tim peneliti menemukan bahwa loop tiga dimensi kecil yang menghubungkan gen dengan elemen regulasi tetap ada selama mitosis berlangsung. Hal ini menunjukkan bahwa struktur genom tidak sepenuhnya hilang selama pembelahan sel.
“Penelitian ini benar-benar memberikan pemahaman baru tentang mitosis. Sebelumnya, mitosis dianggap sebagai lembaran kosong tanpa transkripsi dan tanpa struktur terkait aktivitas gen. Kini kami tahu bahwa struktur itu selalu ada dan tidak pernah hilang,” ujar Hansen.
Loop DNA yang Menguat Selama Kompaksi Kromosom
Penelitian ini juga mengungkap bahwa loop regulasi tersebut menjadi lebih kuat saat kromosom mengencang untuk persiapan pembelahan. Saat DNA dikemas lebih padat, elemen regulasi seperti enhancer dan promoter terdorong lebih dekat satu sama lain, memungkinkan koneksi yang lebih mudah. Proses ini mungkin membantu sel mempertahankan interaksi gen penting dari satu siklus pembelahan ke siklus berikutnya.
“Temuan ini membantu menjembatani hubungan antara struktur genom dan fungsinya dalam mengatur bagaimana gen diaktifkan atau dinonaktifkan, yang telah menjadi tantangan besar dalam bidang ini selama beberapa dekade,” kata Viraat Goel, penulis utama studi ini.
Microkompartemen: Struktur Tersembunyi di Dalam Genom
Penelitian ini juga memperkenalkan konsep baru yang disebut “microkompartemen”, yaitu loop kecil yang terbentuk ketika enhancer dan promoter berdekatan dan saling berikatan. Struktur ini ditemukan melalui metode pemetaan genom tiga dimensi baru yang disebut Region-Capture Micro-C (RC-MC). Teknik ini memungkinkan analisis yang jauh lebih rinci dibandingkan metode sebelumnya seperti Hi-C.
Dengan RC-MC, para peneliti mampu memetakan interaksi spesifik di dalam genom dengan resolusi tinggi dan menemukan microkompartemen yang tetap ada bahkan selama mitosis. Penemuan ini mengejutkan karena sebelumnya diyakini bahwa semua struktur terkait regulasi gen hilang selama pembelahan sel.
“Selama mitosis, telah lama diyakini bahwa hampir semua transkripsi gen berhenti dan struktur 3D terkait regulasi gen hilang sepenuhnya. Namun, temuan kami menunjukkan bahwa microkompartemen tetap ada dan bahkan menjadi lebih kuat,” jelas Hansen.
Aktivitas Genetik yang Muncul Singkat Saat Pembelahan
Temuan ini juga memberikan penjelasan baru tentang lonjakan aktivitas genetik singkat yang terjadi di akhir mitosis. Sejak tahun 1960-an, para ilmuwan percaya bahwa transkripsi gen berhenti sepenuhnya selama pembelahan sel. Namun, studi terbaru pada tahun 2016 dan 2017 menunjukkan adanya lonjakan singkat dalam aktivitas transkripsi sebelum akhirnya ditekan hingga pembelahan selesai.
Dalam studi MIT, microkompartemen sering ditemukan dekat dengan gen yang menunjukkan lonjakan aktivitas ini. Selama mitosis, kromosom menjadi lebih padat sehingga enhancer dan promoter cukup dekat untuk berinteraksi. Interaksi ini dapat memicu transkripsi gen secara tidak sengaja, yang kemudian dengan cepat ditekan oleh sel hingga pembelahan selesai.
“Lonjakan transkripsi ini tampaknya merupakan efek samping yang tidak diinginkan dari lingkungan unik yang memungkinkan microkompartemen terbentuk selama mitosis,” kata Hansen. “Setelah pembelahan selesai dan sel memasuki fase G1, sebagian besar loop ini melemah atau menghilang.”
Implikasi Baru dalam Pengaturan Genom dan Bentuk Sel
Selain itu, penelitian ini membuka pertanyaan baru tentang bagaimana perubahan fisik pada ukuran dan bentuk sel dapat memengaruhi pengaturan genom. Kompaksi kromosom selama mitosis dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk sel, sehingga tim peneliti kini berfokus pada bagaimana faktor-faktor tersebut memengaruhi struktur 3D genom.
“Kami sedang memikirkan beberapa kondisi biologis alami di mana sel mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Apakah perubahan tersebut dapat menjelaskan beberapa perubahan struktur genom 3D yang sebelumnya tidak memiliki penjelasan?” ujar Hansen. “Pertanyaan lain adalah bagaimana sel memilih microkompartemen mana yang akan dipertahankan dan mana yang akan dihapus saat memasuki fase G1 untuk memastikan keakuratan ekspresi gen.”
Kesimpulan
Penelitian terbaru dari MIT telah mengubah cara kita memahami mitosis dan struktur genom selama pembelahan sel. Dengan metode pemetaan genom baru seperti RC-MC, para ilmuwan mampu mengungkap keberadaan microkompartemen — struktur tersembunyi yang tetap ada bahkan saat elemen regulasi besar menghilang selama mitosis.
Temuan ini tidak hanya menantang pandangan lama tentang mitosis sebagai “lembaran kosong”, tetapi juga memberikan wawasan baru tentang bagaimana sel mempertahankan instruksi genetiknya dari satu siklus pembelahan ke siklus berikutnya. Dengan penelitian lebih lanjut, konsep microkompartemen dapat membuka jalan bagi pemahaman yang lebih mendalam tentang pengaturan genom dan peran fisik sel dalam proses tersebut.
Penemuan ini adalah langkah besar dalam menjelaskan kompleksitas biologis yang mendasari kehidupan seluler kita — sebuah bukti bahwa masih banyak misteri dalam dunia biologi molekuler yang menunggu untuk dipecahkan.
Referensi
- Massachusetts Institute of Technology. (2025). 3D genome microcompartments persist during mitosis. Press Release. Cambridge: MIT News.
- Goel, V., Hansen, A. S., et al. (2025). Microcompartments and regulatory DNA loops persist through mitosis. Cell, Vol. 18X(4). https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.0XXXX
- Hsieh, T.-H. S., et al. (2020). Resolving the 3D landscape of transcription-linked mammalian chromatin folding. Molecular Cell, 78(3), 539–553. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.02.002
- Rao, S. S. P., et al. (2014). A 3D map of the human genome at kilobase resolution reveals principles of chromatin looping. Cell, 159(7), 1665–1680. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.11.021
- Gibcus, J. H., & Dekker, J. (2013). The hierarchy of the 3D genome. Molecular Cell, 49(5), 773–782. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2013.02.011
