RNA pengganggu kecil (Bahasa Inggris: Small interfering RNA disingkat siRNA), terkadang juga dikenal sebagai RNA pengganggu pendek atau RNA peredam, adalah kelas molekul RNA non-penyandi beruntai ganda, biasanya sepanjang 20–24 pasangan basa, mirip dengan RNA mikro (miRNA), dan beroperasi dalam jalur interferensi RNA (RNAi). Ia mengganggu ekspresi gen spesifik dengan sekuens nukleotida komplementer dengan mendegradasi RNA duta (mRNA) setelah transkripsi, mencegah translasi.^[1][2] DNA ini ditemukan pada tahun 1998 oleh Andrew Fire di Carnegie Institution for Science di Washington, D.C. dan Craig Mello di Universitas Massachusetts di Worcester.

Sejarah

Pada tahun 1998, Andrew Fire di Carnegie Institution for Science di Washington DC dan Craig Mello di Universitas Massachusetts di Worcester menemukan mekanisme RNAi saat mengerjakan ekspresi gen pada nematoda Caenorhabditis elegans.^[3] Mereka memenangkan Penghargaan Nobel untuk penelitian mereka tentang RNAi pada tahun 2006. siRNA dan perannya dalam peredaman gen pasca-transkripsi (PTGS) ditemukan pada tumbuhan oleh kelompok David Baulcombe di Laboratorium Sainsbury di Norwich, Inggris dan dilaporkan dalam Science pada tahun 1999.^[4] Thomas Tuschl dan rekan-rekannya segera melaporkan dalam Nature bahwa siRNA sintetis dapat menginduksi RNAi pada sel mamalia.^[5] Pada tahun 2001, ekspresi gen spesifik berhasil dibungkam dengan memasukkan siRNA yang disintesis secara kimia ke dalam sel mamalia (Tuschl et al.). Penemuan ini menyebabkan lonjakan minat dalam memanfaatkan RNAi untuk penelitian biomedis dan pengembangan obat. Perkembangan signifikan dalam terapi siRNA telah dilakukan dengan nanopartikel organik (berbasis karbon) dan anorganik (non-karbon), yang telah berhasil dalam pengiriman obat ke otak, menawarkan metode yang menjanjikan untuk memberikan terapi pada subjek manusia. Namun, aplikasi siRNA pada manusia memiliki keterbatasan yang signifikan terhadap keberhasilannya. Salah satunya adalah penargetan yang tidak tepat.^[2] Ada juga kemungkinan bahwa terapi ini dapat memicu imunitas bawaan.^[3] Model hewan belum berhasil merepresentasikan secara akurat tingkat respons ini pada manusia. Oleh karena itu, mempelajari efek terapi siRNA merupakan tantangan.

Dalam beberapa tahun terakhir, terapi siRNA telah disetujui dan metode baru telah dikembangkan untuk mengatasi tantangan ini. Terdapat terapi yang disetujui dan tersedia untuk penggunaan komersial, dan beberapa terapi lainnya sedang dalam tahap pengembangan dan menunggu persetujuan.^[6][7]

Struktur

siRNA yang terjadi secara alami memiliki struktur yang terdefinisi dengan baik, yaitu RNA untai ganda (dsRNA) pendek (biasanya 20 hingga 24 bp) dengan ujung 5' terfosforilasi dan ujung 3' terhidroksilasi dengan dua nukleotida yang menggantung. Enzim Dicer mengkatalisis produksi siRNA dari dsRNA panjang dan RNA hairpin kecil.^[8] siRNA juga dapat dimasukkan ke dalam sel melalui transfeksi. Karena pada prinsipnya setiap gen dapat di-knockdown oleh siRNA sintetis dengan urutan komplementer, siRNA merupakan alat penting untuk memvalidasi fungsi gen dan penargetan obat di era pasca-genomik.

Mekanisme

Mekanisme siRNA alami yang menyebabkan penekanan gen melalui represi translasi terjadi sebagai berikut:

1. dsRNA panjang (yang dapat berasal dari hairpin, RNA komplementer, dan RNA polimerase yang bergantung pada RNA) dipotong oleh endo-ribonuklease yang disebut "Dicer". Dicer memotong dsRNA panjang untuk membentuk RNA pengganggu pendek atau siRNA, inilah yang memungkinkan molekul-molekul tersebut membentuk Kompleks Penekan Gen yang Diinduksi RNA (RISC).
2. Setelah siRNA masuk ke dalam sel, ia dimasukkan ke dalam protein lain untuk membentuk RISC.
3. Setelah siRNA menjadi bagian dari kompleks RISC, siRNA dilepaskan untuk membentuk siRNA untai tunggal.
4. Untaian yang secara termodinamika kurang stabil karena pasangan basanya di ujung 5' dipilih untuk tetap menjadi bagian dari kompleks RISC.
5. siRNA untai tunggal yang merupakan bagian dari kompleks RISC sekarang dapat memindai dan menemukan mRNA komplementer.
6. Setelah siRNA untai tunggal (bagian dari kompleks RISC) berikatan dengan mRNA targetnya, ia menginduksi pemutusan mRNA.
7. mRNA sekarang terpotong dan dikenali sebagai abnormal oleh sel. Hal ini menyebabkan degradasi mRNA, dan pada gilirannya tidak terjadi translasi mRNA menjadi asam amino dan kemudian protein. Dengan demikian, gen yang mengkode mRNA tersebut dibungkam.

siRNA juga mirip dengan miRNA, namun, miRNA berasal dari produk RNA stemloop yang lebih pendek. miRNA biasanya membungkam gen dengan represi translasi dan memiliki spesifisitas aksi yang lebih luas, sedangkan siRNA biasanya bekerja dengan spesifisitas yang lebih tinggi dengan membelah mRNA sebelum translasi, dengan komplementaritas 100%..^[9][10]

Induksi RNAi menggunakan siRNA atau prekursor biosintesisnya

Penurunan ekspresi gen melalui transfeksi siRNA eksogen seringkali tidak memuaskan karena efeknya hanya sementara, terutama pada sel yang membelah dengan cepat. Hal ini dapat diatasi dengan membuat vektor ekspresi untuk siRNA. Urutan siRNA dimodifikasi untuk memasukkan lengkungan pendek di antara kedua untai. Transkrip yang dihasilkan adalah RNA hairpin pendek (shRNA), yang dapat diproses menjadi siRNA fungsional oleh Dicer dengan cara biasanya.^[11] Kaset transkripsi tipikal menggunakan promotor RNA polimerase III (misalnya U6 atau H1) untuk mengarahkan transkripsi RNA nuklir kecil (snRNA) (U6 terlibat dalam penjalinan RNA, H1 adalah komponen RNase dari RNase P manusia). Diteorikan bahwa transkrip siRNA yang dihasilkan kemudian diproses oleh Dicer.

Efisiensi penekanan gen juga dapat ditingkatkan dengan menggunakan penekanan sel.^[12]

Aktivitas siRNA dalam RNAi sebagian besar bergantung pada kemampuan pengikatannya terhadap kompleks penekan RNA (RISC). Pengikatan siRNA dupleks ke RISC diikuti oleh pelepasan dan pemutusan untai sense dengan endonuklease. Kompleks untai anti-sense-RISC yang tersisa kemudian dapat mengikat mRNA target untuk memulai penekanan transkripsi.^[13]

Aktivasi RNA

Selain perannya dalam RNAi, siRNA juga dapat mengaktifkan ekspresi gen, sebuah fenomena yang disebut "aktivasi RNA" atau RNAa. Hal ini pertama kali diamati ketika siRNA sintetis, yang disebut small activating RNA (saRNA), yang menargetkan promotor gen ditemukan dapat menginduksi aktivasi transkripsi yang kuat dari gen target.^[14] RNAa telah terbukti sebagai mekanisme yang terkonservasi, diamati di berbagai tubuh makhluk hidup mulai dari serangga, C. elegans, tumbuhan, mamalia, hingga manusia.^{[15][16][17][18]}

Mekanisme RNAa melibatkan penargetan daerah promotor oleh saRNA, yang mengarah pada perekrutan mesin transkripsi dan perubahan epigenetik yang mendorong ekspresi gen. Proses ini sering melibatkan kompleks aktivasi transkripsi yang diinduksi RNA (RITA), yang meliputi protein argonaut (khususnya Ago2), RNA helikase A (RHA), dan CTR9.^[19][20] miRNA endogen juga dapat memediasi RNAa, memperluas peran regulasi RNA kecil ini di luar penekanan gen.

Beberapa terapi berbasis saRNA saat ini sedang dalam pengembangan klinis. MTL-CEBPA, yang dikembangkan oleh MiNA Therapeutics, menargetkan gen CEBPA dan sedang dalam uji klinis Fase II untuk kanker hati.^[21] RAG-01, yang dikembangkan oleh Ractigen Therapeutics, menargetkan gen p21 dan sedang dalam uji klinis Fase I untuk kanker kandung kemih non-invasif otot (NMIBC).^[22] Uji klinis ini merupakan langkah signifikan menuju penerjemahan fenomena RNAa ke dalam strategi terapi baru.

Penekanan gen pasca-transkripsi

Aplikasi: Penekanan gen spesifik alel

Tantangan: menghindari efek nonspesifik

Modifikasi kimia

Aplikasi dan tantangan terapeutik

Pengiriman intraseluler

Terapi

Referensi

Bacaan lanjutan

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Small interfering RNA.