Metilasi DNA: “Tombol” Gen yang Membentuk Tubuh Kita

Tahukah kamu tubuh kita terdiri lebih dari 200 jenis sel yang berbeda, menariknya semua jenis sel tersebut memiliki kode DNA atau informasi genetik yang sama. Lalu bagaimana mungkin informasi genetik yang sama dapat membentuk jenis sel yang berbeda?. Pada artikel kali ini akan menjawab pertanyaan tersebut.

Rahasia sel tubuh kita

Masih ingat pelajaran biologi tentang jenis sel tubuh?. Tubuh kita terdiri dari berbagai jenis sel seperti sel jantung, sel saraf, sel tulang, dan lain-lain seperti ditunjukkan Gambar 1. Gambar 1, menunjukan jenis sel tubuh yang berbeda. Sel jantung terlihat berbeda dengan sel tulang dan sel saraf, sel saraf terlihat berbeda dengan sel jantung dan sel tulang, begitupun dengan sel- sel tubuh yang lainnya. Walaupun berbeda, semua sel tubuh kita mengandung informasi genetik yang sama persis.

Pembahasan sebelumnya pada artikel gen dan protein, kita telah mengetahui bahwa informasi genetik mengandung gen yang berisi tentang segala hal terkait protein. Protein-protein tersebut berperan dalam bentuk dan fungsi sel tubuh kita. Perumpaannya seperti informasi genetik pada sel seperti “manual book” dan halamannya adalah gen. Informasi genetik berfungsi sebagai “manual book” bagi sel dalam menjalankan fungsinya. Jika demikian, lalu mengapa semua sel terlihat berbeda dan memiliki fungsi masing-masing, tetapi sel-sel tersebut memiliki “manual book” yang sama persis?.

Ternyata walaupun semua sel memiliki “manual book” yang sama, tetapi sel-sel tersebut menggunakan petunjuknya pada halaman yang berbeda. Halaman “manual book” disebut juga dengan gen. Gen merupakan bagian DNA yang berisi informasi tentang cara membuat protein tertentu. Oleh karena itu sel kita disebut juga sebagai “pabrik kecil” yang memproduksi protein untuk keperluannya dalam menjalankan fungsinya. Protein yang diproduksi bersifat spesifik sesuai dengan kebutuhan sel tersebut.

Misalnya, sel jantung akan memproduksi protein spesifik yang membantu sel jantung dalam menjalankan fungsinya yaitu membentuk organ jantung yang memompa darah ke seluruh tubuh. Begitupun dengan sel-sel tulang akan memproduksi protein spesifik yang membantu membuat organ tulang yang kuat dan kaku. Sel jantung dan sel tulang membutuhkan protein yang berbeda, sehingga mereka harus menggunakan gen yang berbeda pula.

Lalu bagaimana sel mengetahui yang akan dibuat dan fungsinya?

Telah dijelaskan diatas bahwa sel tubuh mengandung “manual book”/informasi genetik yang sama persis. Didalamnya terdapat halaman/gen yang berisi tatacara pembuatan protein spesifik sesuai fungsinya pada sel.

Agar sel dapat mengetahui apa yang akan dilakukan atau protein apa yang akan dibuat sesuai dengan fungsinya, maka gen lainnya yang tidak sesuai dengan fungsinya dinonaktifakan (off). Contohnya pada sel jantung, gen yang aktif (on) hanya gen mengenai jantung, sedangkan gen lainnya yang tidak berkaitan dengan jantung dinonaktifkan. Salah satu cara men-on-off-kan gen seperti diatas yaitu dengan proses metilasi DNA. Sehingga dapat disimpulkan bahwa metilasi DNA bertugas menentukan apakah sebuah sel akan menjadi sel jantung atau sel tulang.

Metilasi DNA dilakukan dengan cara menambahkan gugus metil pada gen yang tidak diperlukan oleh sel, sehingga terjadi perubahan pada strukturnya dan membuatnya tidak dapat dibuat protein. Jika demikian maka yang digunakan untuk produksi protein adalah gen yang tidak memiliki gugus metil atau disebut juga gen tidak termetilasi. Proses inilah yang menyebabkan bentuk sel berbeda-beda walaupun informasi genetik yang dibawanya sama, seperti yang ditunjukan Gambar 2.

*Sel membutuhkan protein yang berbeda untuk melakukan fungsinya. Protein ini dikodekan oleh pada gen, dan metilasi DNA (“Me”, lingkaran ungu) dapat menonaktifkankan gen tertentu yang tidak diperlukan. Hal tersebut bertujuan memastikan bahwa hanya protein yang diperlukan yang diproduksi di dalam sel, misalnya sel jantung berkembang secara berbeda dengan sel tulang

Metilasi DNA dapat Dipengaruhi oleh Lingkungan

Lingkungan kita, termasuk tempat tinggal dan orang-orang yang berinteraksi, dapat mempengaruhi proses metilasi DNA. Jika hal tersebut terjadi maka produksi protein untuk sel akan ikut terpengaruh. Jumlah protein yang diproduksi oleh sel tidak hanya mempengaruhi fungsinya, tetapi juga mempengaruhi perilaku kita. Misalnya, jika kita pindah Negara (misalnya dari Indoenesia ke Amerika) ke Negara yang memiliki iklim dan makanan yang berbeda dengan sebelumnya, maka tubuh kita perlu beradaptasi dengan lingkungan tersebut. Hal ini juga mempengaruhi proses metilasi DNA. Contohnya seperti pada Gambar 3 dibawah ini.

**Ibaratnya pada musim stroberi, pabrik kue membuat kue berlapis stroberi dan sedikit membuat kue berlapis cokelat. Namun ketika musim stroberi berakhir, pabrik memutuskan untuk membuat lebih banyak kue berlapis cokelat. Hal tersebut terjadi karena adanya peran dari tuas yang mengontrol produksi cokelat dan stroberi. Selain itu, tuas juga dapat mengontrol kecepatan produksi cokelat, dapat diatur ke kondisi tercepat, dimatikan sepenuhnya, atau berada di mana saja sesuai kondisi yang ada pada saat itu.

Lalu lingkungan, apa saja yang mempengaruhi metilasi DNA?

Metilasi DNA dipengaruhi oleh lingkungan apa saja yang memengaruhi tubuh kita dari luar, salah satu contohnya merokok. Para peneliti melaporkan bahwa orang yang merokok memiliki metilasi DNA yang berbeda dengan bukan perokok. Ketika seorang ibu merokok selama kehamilan, akan mengubah metilasi DNA pada bayinya. Perubahan metilasi DNA tersebut, dapat menyebabkan munculnya penyakit, seperti kanker bahkan dapat menyebabkan kecatatan atau keguguran. Hal inilah yang menyebkan kenapa merokok dikatakan berbahaya dan juga tidak diajurkan pada ibu hamil.

Contoh lain misalnya, jika seorang ibu yang mengalami tingkat stres tingkat tinggi selama kehamilan, anaknya akan menunjukkan perubahan metilasi DNA dari gen yang berhubungan dengan stres. Perubahan metilasi DNA ini membuat anak lebih rentan terhadap beberapa penyakit dan gangguan, seperti alergi atau depresi.

Referensi

1. Zeilinger S., et al. 2013. Tobacco smoking leads to extensive genome-wide changes in DNA methylation. PLoS ONE.
2. Mitchell, C., et al. 2016. DNA methylation, early life environment, and health outcomes. Pediatr. Res. 79:212-9.
3. Meijer M, et al. 2021. Switching Genes On and Off: How It Can Shape Us. Front. Young Minds. 9:548370.