Kisah Transkripsi Balik : Pembobolan Sandi Informasi Genetis

Dogma sentral biologi molekuler menyatakan bahwa DNA ditranskripsikan ke RNA, yang pada gilirannya diterjemahkan ke dalam protein.

Namun, konsep ini ditentang pada 1970-an ketika dua tim ilmiah, satu dipimpin oleh Howard Temin di University of Wisconsin dan yang lain dipimpin oleh David Baltimore di MIT, secara independen mengidentifikasi enzim baru yang terkait dengan replikasi virus RNA yang disebut retrovirus _{[1, 2]}.

Enzim ini mengubah genom RNA virus menjadi molekul DNA komplementer (cDNA), yang kemudian mampu berintegrasi ke dalam genom inang. Enzim ini adalah polimerase DNA yang bersifat RNA-dependent dan disebut reverse transcriptase karena, berbeda dengan aliran DNA-ke-RNA dari dogma sentral, mereka mentranskripsikan RNA template ke dalam molekul cDNA. Pada tahun 1975, Temin dan Baltimore menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran (bersama dengan Renato Dulbecco untuk penelitian yang terkait pada tumor-inducing virus) untuk pekerjaan perintisan mereka dalam mengidentifikasi reverse transcriptase _[3].

Gambar 1. Pemahaman mutakhir tentang aliran informasi genetik termasuk transkripsi balik (reverse transcription) _[4].

Kontribusi Transkripsi Balik di Alam

Reverse transcriptase telah teridentifikasi di banyak organisme, termasuk virus, bakteri, hewan, dan tumbuhan. Dalam organisme-organisme ini, peran umum reverse transcriptase adalah mengkonversi sekuens RNA ke sekuens cDNA yang mampu menyisip ke berbagai area genom. Dengan cara ini, transkripsi balik berkontribusi pada :

1. Propagasi retrovirus — misalnya, human immunodeficiency virus (HIV), Moloney murine leukemia virus (M-MuLV), dan avian myeloblastosis virus (AMV) _[1,2].
2. Keanekaragaman genetik eukariota melalui elemen transposabel mobile yang disebut retrotransposons _[5].
3. Replikasi ujung kromosom yang disebut telomer _[6,7].
4. Sintesis elemen chimeric DNA/RNA ekstrakromosomal yang disebut multicopy single-stranded DNA (msDNA) pada bakteri _[8,9].

Gambar 2. Reverse transkriptase HIV. Sumber gambar : _[10].

Pemanfaatan Transkripsi Balik oleh Manusia

Selain memiliki peran fungsional dalam sistem biologis, reverse transcriptase juga berfungsi sebagai alat penting untuk mempelajari populasi RNA. Salah satu protokol biologi molekuler pertama yang memanfaatkan reverse transcriptase adalah protokol untuk produksi cDNA untuk membuat perpustakaan yang berisi salinan DNA dari mRNA yang berasal dari sel dan jaringan _[11,12]. Perpustakaan cDNA ini membantu dalam memahami gen yang aktif diekspresikan dan fungsinya pada poin waktu tertentu.

Meskipun pembuatan perpustakaan cDNA merupakan langkah maju yang penting dalam mengkarakterisasi gen yang diekspresikan, tantangan tetap ada untuk studi RNA dengan kemelimpahan yang rendah. Ini kemudian ditangani dengan pengembangan polymerase chain reaction (PCR), suatu teknik untuk mengamplifikasi sejumlah kecil materi genetik. Transkripsi balik dikombinasikan dengan PCR, atau reverse transcription PCR (RT-PCR), memungkinkan deteksi RNA bahkan pada tingkat ekspresi gen yang sangat rendah dan membuka jalan untuk mendeteksi sirkulasi RNA, virus RNA, dan fusi gen kanker dalam diagnostik molekuler _[13,14,15].

Penutup

Dari kisah singkat transkripsi balik ini kita belajar bahwa kemajuan pengetahuan yang berdampak pada kemajuan peradaban, dapat bersumber dari sesuatu yang tampaknya melawan doktrin umum. Kita hanya perlu terus melakukan penelusuran dan pencarian.

Referensi :

1. Temin HM, Mizutani S. 1970. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature 226(5252) :1211–1213.
2. Baltimore D.1970. RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 226(5252) :1209–1211.
3. Nobel Media AB. 2014. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975. Nobelprize.org.
4. Thermo Fisher Scientific. 2016. Reverse Transciption – A Brief Introduction. Thermofisher.com
5. Dombroski BA, et al. 1994. An in vivo assay for the reverse transcriptase of human retrotransposon L1 in Sacchromyces cerevisiae. Mol Cell Biol 14(7) :4485–4492.
6. Weinrich SL, et al. 1997. Reconstitution of human telomerase with the template RNA component hTR and the catalytic protein subunit hTRT. Nat Genet 17(4) : 498–502.
7. Poole JC, et al. 2001. Activity, function, and gene regulation of the catalytic subunit of telomerase (hTERT). Gene 269(1-2) :1–12.
8. Inouye S, et al.1990. Two independent retrons with highly diverse reverse transcriptases in Myxococcus xanthus. Proc Natl Acad Sci USA 87(3) :942–945.
9. Lampson BC, et al. 2005. Retrons, msDNA, and the bacterial genome. Cytogenet Genome Res 110(1-4) :491–499.
10. Goodsell, D. 2002. HIV Reverse Transcriptase. PDB-101. https://pdb101.rcsb.org/motm/33. Diakses pada 5 Mei 2020
11. Okayama H, Berg P. 1982. High-efficiency cloning of full-length cDNA. Mol Cell Biol 2(2) :161–170.
12. Gubler U, Hoffman BJ. 1983. A simple and very efficient method for generating cDNA libraries. Gene 25(2-3) :263–269.
13. Kawasaki ES, et al. 1988. Diagnosis of chronic myeloid and acute lymphocytic leukemias by detection of leukemia-specific mRNA sequences amplified in vitro. Proc Natl Acad Sci USA 85(15) :5698–5702.
14. Mayer G, et al. 2011. RNA diagnostics: real-time RT-PCR strategies and promising novel target RNAs. Wiley Interdiscip Rev RNA 2(1) :32–41.
15. Bridge JA. 2016. Reverse transcription-polymerase chain reaction molecular testing of cytology specimens: Pre-analytic and analytic factors. Cancer Cytopathol. doi: 10.1002/cncy.21762. [Epub sebelum print].