Perubahan kecil pada keasaman dalam sel kita dapat berdampak besar pada perilakunya. Pengaruh ini berasal dari sesuatu yang disebut konsentrasi proton, atau pH – ukuran seberapa asam atau basa suatu larutan. Protein, yang merupakan alat kerja sel kita, sangat sensitif terhadap perubahan ini. Perubahan dalam respons terhadap pH dapat berkontribusi pada perkembangan penyakit seperti kanker dan gangguan neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Huntington.
Selama bertahun-tahun, para peneliti kesulitan menentukan dengan tepat bagaimana protein merespons perubahan tingkat pH. Secara tradisional, mengidentifikasi protein yang peka terhadap pH memerlukan proses yang membosankan: menguji secara cermat setiap protein satu per satu dalam jalur pensinyalan untuk melihat apakah protein tersebut bereaksi terhadap perubahan pH. Pendekatan yang melelahkan ini hanya membuahkan hasil yang terbatas. Meskipun para ilmuwan mengetahui bahwa pH berperan dalam proses seluler yang penting seperti pergerakan dan pembelahan sel, hanya sekitar 70 protein sitoplasma yang telah dipastikan sensitif terhadap pH dari banyak kemungkinan.
Kini, para peneliti di Universitas Notre Dame telah mengembangkan alat komputasi inovatif yang secara dramatis mempercepat proses ini. Saluran ini dapat menganalisis ratusan protein hanya dalam beberapa hari, secara efisien memprediksi protein mana yang sensitif terhadap perubahan pH dan berpotensi mendorong perkembangan penyakit.
Mengungkap Kode Molekuler Sensitivitas pH
Metode baru ini bergantung pada data struktural protein yang ada di gudang global yang disebut RCSB Protein Data Bank. Program ini kemudian menggabungkan data eksperimen yang dikenal sebagai nilai pKa, yang menunjukkan pH di mana asam amino tertentu (bahan penyusun protein) memperoleh atau kehilangan proton. Informasi ini memungkinkan program untuk memodelkan bagaimana muatan listrik dalam protein berubah tergantung pada tingkat pH dan memprediksi bagaimana perubahan muatan ini dapat mengubah struktur protein.
Para peneliti memusatkan perhatian mereka pada asam amino yang dengan mudah mengubah muatannya dalam kisaran pH sempit yang khas pada sel sehat (sekitar 7,2 hingga 7,6). Bahkan perubahan halus dalam muatan asam amino penting ini dapat memicu efek domino, yang menyebar ke seluruh struktur protein dan berdampak pada fungsinya. Fenomena ini dikenal sebagai alosterik – mekanisme pengaturan tidak langsung yang mempengaruhi aktivitas protein jauh dari tempat terjadinya perubahan pH.
Menargetkan Kanker Melalui Penemuan Komputasi
Jalur pipa tersebut berhasil memprediksi sensitivitas pH protein kunci yang disebut SHP2 yang terlibat dalam pensinyalan sel, respons imun, dan perkembangan. Eksperimen mengkonfirmasi bahwa pengikatan proton ke dua residu spesifik dalam SHP2 menyebabkan bentuknya berubah secara dramatis, mengubahnya dari keadaan “tertutup” yang tidak aktif menjadi keadaan “terbuka” yang aktif. Penemuan ini menyoroti bagaimana pH secara halus mengontrol aktivitas SHP2.
Selain itu, jalur pipa tersebut mengidentifikasi pola situs sensitif pH dalam berbagai protein yang mengandung domain SH2, termasuk c-Src. C-Src sering kali terlalu aktif dalam banyak penyakit kanker, sehingga mendorong pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Analisis mengungkapkan bahwa c-Src normal berperilaku berbeda pada berbagai tingkat pH: aktif pada pH rendah dan tidak aktif pada pH tinggi. Namun, mutasi terkait kanker pada situs spesifik yang sensitif terhadap pH ini mengganggu regulasi rumit ini, menjadikan c-Src tidak sensitif terhadap perubahan pH dan berkontribusi terhadap aktivitas berlebihan pada tumor.
Penemuan ini membuka jalan menarik bagi terapi kanker yang ditargetkan. Dengan memahami secara tepat bagaimana pH mengatur aktivitas c-Src, para peneliti kini dapat merancang obat yang meniru mekanisme pengaturan alami, mengembalikan sensitivitas pH normal dan secara selektif menghambat bentuk protein yang bermutasi dan memicu penyakit.
Alat komputasi inovatif ini menjanjikan revolusi dalam pemahaman kita tentang fungsi protein dalam kesehatan dan penyakit. Selain kanker, menargetkan protein yang sensitif terhadap pH memiliki potensi besar untuk mengobati berbagai kondisi di mana ketidakseimbangan pH berkontribusi terhadap disfungsi – mulai dari diabetes dan gangguan autoimun hingga cedera otak traumatis. Ketika para peneliti memanfaatkan kekuatan baru ini, masa depan tampak lebih cerah dalam pengembangan terapi yang sangat tepat sasaran dan efektif.
