A. Definisi siRNA dan miRNA

siRNA adalah dsRNA (double-strand RNA) yang termasuk dalam kelompok molekul RNA berukuran 20-25 nukleotida. Kelompok molekul ini terlibat dalam jalur RNA interference (RNAi), dimana siRNA menghambat ekspresi gen tertentu. Selain perannya dalam jalur RNAi, siRNA juga berperan dalam jalur terkait RNAi, misalnya sebagai mekanisme antivirus atau dalam membentuk struktur kromatin genom.

B. Struktur siRNA

siRNA memiliki struktur berupa RNA ganda rantai pendek (biasanya 21-nt) dengan tonjolan 3′ sepanjang 2-nt di kedua ujungnya. RNA ganda rantai panjang dikenali dan dipotong oleh Dicer. Dicer merupakan enzim seperti RNAase yang mengenali dan memotong RNA ganda rantai panjang, menghasilkan segmen RNA ganda rantai pendek dengan panjang sekitar 23 nukleotida. Ketika dsRNA panjang masuk ke dalam sel, Dicer memotong kedua sisi dsRNA dan menghasilkan siRNA. siRNA ini berasosiasi dengan protein kompleks dan menunjukkan aktivitas khusus.

C. Fungsi siRNA

siRNA menghambat ekspresi gen melalui tiga cara:

1. menghancurkan mRNA target
2. menghambat translasi mRNA target
3. memicu perubahan pada kromatin di promotor yang menyebabkan gen tersebut diam.

Cara yang digunakan pada setiap langkah memerlukan mesin yang sama yang disebut RISC. siRNA berasosiasi dengan protein multipel kompleks RISC atau RNA-Induced-Silencing-Complex (RISC) yang melibatkan endoribonuklease. Reaksi antara pasangan basa pada untai pengkode dan mRNA komplementer dengan siRNA menyebabkan RISC terikat dengan faktor transkripsi. mRNA terputus dan pemecahan urutan mRNA ini menyebabkan gen menjadi diam dan bahkan menghambat translasi. siRNA terikat pada mRNA komplementernya dan memotong mRNA atau menghambat sintesis protein.

D. Definisi miRNA

miRNA adalah molekul RNA untai tunggal dengan panjang sekitar 21-23 nukleotida, yang mengatur ekspresi gen. miRNA dikodekan oleh gen yang ditranskripsi dari DNA tetapi tidak diterjemahkan menjadi protein (RNA non-coding). Molekul jenis ini diproses dari transkrip primer yang dikenal sebagai pri-miRNA menjadi struktur stem-loop pendek yang disebut pre-miRNA dan akhirnya menjadi miRNA fungsional.

E. Struktur miRNA

miRNAs pertama kali ditranskripsi sebagai transkrip primer atau pri-miRNA dengan struktur cap dan diproses menjadi struktur stem-loop pendek berukuran 70 nukleotida yang dikenal sebagai pre-miRNA di dalam nukleus sel. Proses ini dilakukan (pada hewan) oleh protein kompleks yang disebut nuclease Drosha. Kemudian, pre-miRNA ini diproses menjadi miRNA matang di sitoplasma melalui interaksi dengan endonuclease Dicer, yang juga memicu pembentukan kompleks penekanan RNA yang diinduksi (RISC).

Awalnya, miRNA ditranskripsi dari urutan khusus dalam DNA. Kemudian RNA yang disintesis membentuk struktur hairpin, melilit dalam rantai ganda, dan keluar dari nukleus melalui pori-pori. Setelah keluar dari nukleus, tutupnya dihilangkan dan tersisa satu rantai, yang disebut microRNA.

F. Fungsi miRNA

Gambar 1. Pembentukan miRNA dan Perakitan ke dalam miRISC pada Tumbuhan dan Hewan

miRNA secara luas ditemukan pada tumbuhan dan cacing. miRNA menempel pada mRNA dan menghancurkannya (pada tumbuhan) atau menghambat translasi pada cacing. Diperkirakan, terdapat sekitar 20 gen pada cacing dan 250 gen pada manusia yang mengkode miRNA. miRNA menemukan pasangan komplementernya pada mRNA dan menempel di sana. Sehingga menghambat translasi dan protein tidak disintesis. Karena mRNA yang disintesis dari DNA berbeda, miRNA yang menghancurkannya juga harus berbeda.

Gambar 2. Mekanisme penghambatan gen oleh siRNA dan miRNA

G. siRNA dan miRNA sebagai Agen Terapi

Efek penekanan gen spesifik yang dimiliki oleh siRNA menjadikannya alat yang berguna untuk identifikasi dan validasi target dalam penemuan dan pengembangan obat. Karena miRNA memiliki banyak target mRNA dan gangguan fungsi mereka berkontribusi pada perkembangan berbagai penyakit termasuk kanker, gangguan neurodegeneratif, dan penyakit kardiovaskular, penggunaan klinis mereka sebagai biomarker dan dalam diagnostik berkembang dengan cepat. Selain itu, baik siRNA maupun miRNA memiliki potensi besar sebagai agen terapeutik. Keduanya dapat mengatasi keterbatasan utama molekul obat tradisional yang hanya dapat menargetkan kelas tertentu protein. Bahkan untuk obat berbasis protein seperti antibodi monoklonal yang sangat spesifik, targetnya secara umum terbatas pada reseptor permukaan sel atau protein yang beredar. Sebaliknya, siRNAs dan miRNAs dapat menurunkan ekspresi hampir semua gen dan transkrip mRNA-nya. Karena banyak penyakit disebabkan oleh ekspresi gen yang tidak diinginkan atau mutasi, atau oleh overekspresi gen normal tertentu, penemuan siRNA dan miRNA membuka pendekatan terapeutik baru untuk pengobatan penyakit dengan menargetkan gen yang terlibat secara kausal dalam proses patologis. Meskipun potensi terapeutik siRNAs dan miRNAs menjanjikan, berbagai hambatan menghambat pengembangan siRNA dan miRNA untuk penggunaan klinis.

H. Terapi Kanker dengan siRNA dan miRNA

Kanker merupakan penyebab utama kematian di seluruh dunia. Hampir sepertiga dari terapi berbasis siRNA dan miRNA yang sedang dalam uji klinis ditujukan untuk pengobatan kanker. Baik siRNA maupun miRNA bertujuan untuk menghambat ekspresi gen yang terkait dengan kanker guna menghambat pertumbuhan sel tumor, angiogenesis, metastasis, dan/atau resistensi obat. Gen onkogen, mutasi gen penekan tumor, dan gen lain yang berkontribusi pada perkembangan tumor merupakan target potensial untuk penghambatan gen. Spesifisitas siRNA memungkinkan mereka berfungsi sebagai platform untuk pengobatan personalisasi dalam terapi kanker. Di sisi lain, karena terapi miRNA dapat menargetkan multiple gen, biasanya dalam konteks jaringan, mereka efisien dalam mengatur proses biologis sel yang relevan dengan biologi sel kanker. Karakteristik ini membuatnya sangat menarik dalam pengobatan kanker dan mungkin menjelaskan mengapa dua uji klinis miRNA hingga saat ini ditujukan untuk terapi kanker. Dengan menargetkan mRNA protein siklus sel, pertumbuhan sel tumor dapat dihambat.

Overekspresi polo-like kinase 1 (PLK1), protein siklus sel yang penting dalam mitosis dan sitokinesis, diamati pada banyak tumor manusia, dan penghambatan aktivitasnya memicu apoptosis dan kematian sel tumor. Terapi siRNA lain yang saat ini sedang menjalani uji klinis termasuk siG12D LODER, yang menargetkan gen onkogen KRAS yang bermutasi untuk pengobatan kanker pankreas stadium lanjut dan disalurkan melalui matriks polimer biodegradable untuk pelepasan berkelanjutan; siRNA-EphA2-DOPC, yang menargetkan gen EphA2 terkait kanker menggunakan pengiriman liposomal untuk pengobatan tumor padat lanjut; dan DCR-MYC, siRNA substrat Dicer yang menargetkan gen onkogen MYC yang dibawa oleh nanopartikel lipid untuk pengobatan berbagai jenis kanker.

Meskipun hanya dua terapi penggantian miRNA yang telah mencapai tahap uji klinis, banyak miRNA penekan tumor, seperti miRNA-7, miRNA-126, miRNA-143/145, miRNA-200, miRNA-355, dan anggota keluarga let-7, telah diidentifikasi memiliki kemampuan untuk menghambat ekspresi gen onkogen. Beberapa miRNA penekan tumor ini saat ini berada pada tahap praklinis dan siap untuk memasuki uji klinis fase 1 dalam waktu dekat. Dalam hal profil keamanan, uji klinis telah menunjukkan bahwa terapi siRNA umumnya ditoleransi dengan baik oleh pasien. Sebaliknya, studi klinis tentang terapi miRNA masih dalam tahap awal. Potensi efek samping mungkin baru akan terlihat setelah lebih banyak uji klinis dilakukan. Karena satu miRNA dapat mempengaruhi multiple gen target, sulit untuk memprediksi efek sistemik jangka panjangnya.

Referensi:

1. Carthew, R. W., & Sontheimer, E. J. (2009). Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 136(4), 642-655.
2. Lam, J. K., Chow, M. Y., Zhang, Y., & Leung, S. W. (2015). siRNA versus miRNA as therapeutics for gene silencing. Molecular therapy Nucleic acids, 4.

Artikel Terkait:

1. https://indogen.id/elisa-kit-untuk-penelitian-kanker/
2. https://indogen.id/cara-isolasi-sel-progenitor-kanker-pada-kanker-gastrik/
3. https://indogen.id/marker-marker-dalam-penglasifikasinan-kanker-payudara-triple-negatif-part-1-klasifikasi-molekuler/
4. https://indogen.id/marker-marker-dalam-penglasifikasian-kanker-payudara-triple-negatif-part-2-klasifikasi-patologi-karakterisasi-genomik-proteomik-dan-analisis-transkriptomik/