Untuk tetap hidup, sel harus menyediakan berbagai organelnya dengan semua elemen energi yang mereka butuhkan, yang dibentuk dalam badan Golgi, pusat pematangan dan redistribusi lipid dan protein. Tetapi bagaimana protein yang membawa kargo ini – kinesin – menemukan jalan dan arahnya dalam “jaringan jalan” sel untuk mengirimkannya ke tempat yang tepat? Ahli kimia dan biokimia di Universitas Jenewa (UNIGE), Swiss, telah menemukan pewarna kimia fluoresen, yang memungkinkan untuk pertama kalinya melacak aktivitas pengangkutan protein motorik tertentu di dalam sel. Sebuah penemuan untuk dibaca di majalah Nature communication.
“Semuanya berawal dari penelitian yang tidak berjalan sesuai rencana,” kata Nicolas Winssinger, profesor di Departemen Kimia Organik Fakultas Sains di UNIGE. “Awalnya, kami ingin mengembangkan molekul yang memungkinkan untuk memvisualisasikan tingkat stres sel, yaitu ketika ia mengakumulasi terlalu banyak spesies oksigen aktif. Selama percobaan, molekul tersebut tidak bekerja, tetapi mengkristal. Mengapa ia mengkristal ? Apa kristal-kristal ini? “
Tiga hipotesis muncul dan tim menghubungi Charlotte Aumeier, profesor di Departemen Biokimia Fakultas Sains UNIGE untuk memverifikasi mereka. Hipotesis pertama menunjukkan bahwa kristalisasi disebabkan oleh mikrotubulus yang berpolimerisasi. “Mikrotubulus adalah tabung kecil dan kaku yang dapat tumbuh atau menyusut dan membentuk” jaringan jalan “yang memungkinkan molekul bergerak di sekitar sel,” jelas Charlotte Aumeier. Hipotesis kedua membuat aparat Golgi bertanggung jawab atas reaksi kimia ini. Kemungkinan terakhir menunjukkan bahwa kristal adalah hasil dari langkah-langkah kecil yang dibuat oleh protein kinesin dalam mikrotubulus saat mereka bergerak di dalam sel.
Jempol kecil ahli biokimia
Untuk memverifikasi opsi yang berbeda ini, tim UNIGE bekerja sama dengan National Institute of Health (NIH) di Bethesda (AS), yang berspesialisasi dalam mikroskop elektron. “Kami pertama kali membuat ulang mikrotubulus yang kami murnikan, yang membutuhkan waktu 14 jam,” jelas Charlotte Aumeier. “Untuk kinesin, protein motor yang bergerak di mikrotubulus dan mengangkut kargo, kami mengisolasi mereka dari bakteri.”
Para ilmuwan kemudian mengumpulkan sekitar 20 campuran berbeda yang mengandung molekul kecil QPD, yang secara sistematis ada di dalam kristal, dan mengamati larutan mana yang bekerja. “Kami ingin tahu apa yang dibutuhkan untuk membentuk kristal. Mikrotubulus? Kinesin? Namun protein lain?” tanya Nicolas Winssinger.
Setelah berbagai eksperimen, tim menemukan bahwa pembentukan kristal ini disebabkan oleh salah satu dari 45 jenis kinesin yang ada di dalam sel. “Dengan setiap langkah kecil yang diambil protein kinesin ini pada mikrotubulus, ia menggunakan energi yang meninggalkan jejak yang diidentifikasi oleh molekul QPD,” lanjut peneliti yang berbasis di Jenewa. Dari pengenalan inilah kristal terbentuk. Dengan cara ini, kristal kimiawi tertinggal oleh lewatnya kinesin, yang dapat dilacak oleh para ilmuwan seperti ibu jari kecil.
Pembukaan bidang studi baru
“Sampai sekarang, belum mungkin melacak protein tertentu. Dengan teknik saat ini, kami tidak dapat memisahkan kinesin individu, jadi kami tidak dapat melihat jalur mana yang mereka ambil dengan tepat,” lanjut Charlotte Aumeier. “Berkat pengembangan pewarna fluoresen kimia baru kami, kami dapat mengamati secara rinci bagaimana protein berperilaku, rute mana yang diambil, arahnya atau bahkan jalur pilihannya.”
Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat memvisualisasikan jalur berjalan dari protein motorik dan mempelajari pertanyaan mendasar tentang aktivitas transportasi dan distribusi kargo dalam sel.
