PROFILPELAJAR.COM

Sebuah *hairpin loop* dari sebuah pra-mRNA. Yang di-*highlight* adalah nukleobasa (hijau) dan tulang punggung ribosa-fosfat (biru). Catatan bahwa ini adalah satu untai RNA yang melipat kembali ke dirinya sendiri. No

Asam ribonukleat (bahasa Inggris: ribonucleic acid, disingkat RNA) adalah molekul polimer yang terlibat dalam berbagai peran biologis dalam mengkode, dekode, regulasi, dan ekspresi gen. RNA dan DNA adalah asam nukleat, dan bersama dengan protein dan karbohidrat, merupakan empat makromolekul utama yang penting untuk semua bentuk kehidupan yang diketahui. Seperti DNA, RNA dirakit sebagai rantai nukleotida, tetapi tidak seperti DNA, RNA lebih sering ditemukan di alam sebagai untai tunggal yang melipat ke dirinya sendiri, daripada untai ganda berpasangan. Organisme seluler menggunakan RNA duta (bahasa Inggris: messenger RNA, mRNA) untuk menyampaikan informasi genetik (menggunakan huruf G, U, A, dan C untuk menunjukkan basa nitrogen guanin, urasil, adenin, dan sitosin (bahasa Inggris: cytosine)) yang mengarahkan sintesis protein spesifik. Banyak virus mengkodekan informasi genetik mereka menggunakan genom RNA.

Beberapa molekul RNA berperan aktif dalam sel dengan mengkatalis reaksi biologis, mengendalikan ekspresi gen, atau merasakan dan mengkomunikasikan tanggapan terhadap sinyal seluler. Salah satu dari proses aktif ini adalah sintesis protein, fungsi yang universal di mana molekul mRNA mengarahkan perakitan protein pada ribosom. Proses ini menggunakan molekul RNA transfer (bahasa Inggris: transfer RNA, tRNA) untuk memberikan asam amino ke ribosom, di mana RNA ribosomal (bahasa Inggris: ribosomal RNA, rRNA) kemudian menghubungkan asam amino bersama-sama untuk membentuk protein.

Struktur

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.

Perbedaan RNA dengan DNA

Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa, sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa.^[1] Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timina pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau urasil untuk suatu nukleotida. Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.

DNA dapat ditemukan di dalam nukleus atau inti sel dan juga didalam cairan inti sel atau nukleoid, sedangkan RNA ditemukan di sitoplasma sel, nukelus, dan ribosom. Bentuk rantai DNA memiliki bentuk untai ganda yang terdiri dari dua untai yang saling berpilin, sedangkan RNA hanya terdiri atas satu untai atau heliks tunggal. RNA juga memiliki rantai nukleotida yang jauh lebih pendek jika dibandingkan dengan rantai DNA. DNA terdiri atas basa nitrogen guanin yang berpasangan dengan sitosin, dan adenin yang berpasangan dengan timin. Adapun RNA terdiri atas basa nitrogen guanin yang berpasangan dengan sitosin, namun berbeda dengan DNA, adenin RNA berpasangan dengan urasil.

Berdasar fungsi, DNA berfungsi menyimpan dan menurunkan informasi genetik dalam jangka waktu yang panjang. Adapun RNA berfungsi sebagai pembawa dan penerjemah kode genetik untuk pembuatan protein. RNA juga berfungsi menghambat ekspresi gen untuk menekan pertumbuhan tumor atau kanker.^[2]

Jenis

RNA pembawa pesan (messenger RNA/mRNA) adalah jenis RNA yang mentransfer informasi genetik dari DNA ke ribosom, di mana sintesis protein (translasi) terjadi di dalam sitoplasma sel. Urutan pengkodean mRNA menentukan urutan spesifik asam amino dalam protein yang dihasilkan. Namun, sebagian besar RNA, sekitar 97% pada eukariota, tidak mengkode protein.^[3]

RNA yang tidak mengkode protein (RNA non-kode atau ncRNA) ini dapat berasal dari gen mereka sendiri yang berbeda (gen RNA) atau dari intron mRNA. RNA non-kode yang paling terkenal adalah RNA transfer (tRNA) dan RNA ribosom (rRNA), yang keduanya memainkan peran kunci dalam proses translasi. Selain itu, banyak ncRNA yang terlibat dalam regulasi gen, pemrosesan RNA, dan fungsi seluler lainnya. Beberapa RNA, yang dikenal sebagai ribozim, dapat mengkatalisis reaksi kimia, seperti memotong dan menggabungkan molekul RNA lain atau memfasilitasi pembentukan ikatan peptida dalam ribosom.^[4]

RNA dapat dikategorikan menjadi RNA kecil dan RNA panjang berdasarkan panjang rantainya. Biasanya, RNA kecil memiliki panjang kurang dari 200 nukleotida, sedangkan RNA panjang memiliki panjang lebih dari 200 nukleotida. RNA panjang terutama terdiri dari RNA non-kode panjang (lncRNA) dan RNA pembawa pesan (mRNA). Di sisi lain, RNA kecil meliputi RNA ribosom 5.8S (rRNA), rRNA 5S, RNA transfer (tRNA), mikroRNA (miRNA), RNA pengganggu kecil (siRNA), RNA nukleolus kecil (snoRNA), RNA yang berinteraksi dengan Piwi (piRNA), RNA kecil yang diturunkan dari tRNA (tsRNA), dan RNA yang diturunkan dari rDNA (srRNA). Terdapat beberapa pengecualian, seperti 5S rRNA yang ditemukan di Halococcus (sejenis Arkea), yang memiliki penyisipan yang meningkatkan ukurannya.^[5]

RNA yang terlibat pada sintesis protein

Messenger RNA (mRNA) membawa instruksi genetik untuk membuat protein ke ribosom, yang merupakan pabrik pembuatan protein sel. Setiap rangkaian tiga nukleotida (disebut kodon) dalam mRNA berhubungan dengan asam amino tertentu. Pada sel eukariotik, mRNA dimulai sebagai mRNA prekursor (pra-mRNA), yang ditranskripsi dari DNA. Kemudian diproses menjadi mRNA matang dengan menghilangkan bagian yang tidak dikodekan (intron). mRNA diangkut dari nukleus ke sitoplasma, di mana ribosom mengikatnya, dan dengan bantuan transfer RNA (tRNA), mRNA ditranslasi menjadi protein. Pada sel prokariotik, yang tidak memiliki nukleus yang jelas, mRNA dapat menempel pada ribosom ketika masih ditranskripsi. Seiring waktu, mRNA dipecah menjadi komponen nukleotidanya dengan bantuan ribonuklease.

Transfer RNA (tRNA) adalah rantai RNA kecil, dengan panjang sekitar 80 nukleotida, yang mengangkut asam amino tertentu ke ribosom selama sintesis protein. RNA ini memiliki dua wilayah utama: satu untuk melekatkan asam amino dan satu lagi yang disebut antikodon, yang mengenali dan berikatan dengan kodon yang cocok pada untai mRNA melalui ikatan hidrogen.

Ribosomal RNA (rRNA) membentuk struktur inti ribosom dan memfasilitasi proses translasi. Ribosom eukariotik mengandung empat jenis rRNA: 18S, 5,8S, 28S, dan 5S. Tiga di antaranya diproduksi di dalam nukleolus, sedangkan yang lainnya dibuat di tempat lain. Di dalam sitoplasma, rRNA bergabung dengan protein untuk membentuk ribosom, yang kemudian berikatan dengan mRNA dan melakukan sintesis protein. Beberapa ribosom dapat terikat pada satu mRNA pada saat yang sama, dan sebagian besar RNA dalam sel eukariotik adalah rRNA.

Transfer-messenger RNA (tmRNA), yang ditemukan pada banyak bakteri dan plastida, berperan dalam menandai protein yang tidak lengkap untuk didegradasi dan mencegah penghentian ribosom saat mRNA tidak memiliki kodon stop.^[6]

RNA regulator

RNA interferensi

Suatu gejala yang baru ditemukan pada penghujung abad ke-20 adalah adanya mekanisme peredaman (silencing) dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa RNA tidak diterjemahkan (translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena sebelum sempat ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang disebut sebagai "interferensi RNA". Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga substansi (enzim dan protein lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda Caenorhabditis elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok organisme hidup.

Fungsi RNA

Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.

RNA sebagai genom

Seperti DNA, RNA juga dapat menyimpan informasi genetik. Virus RNA memiliki genom RNA yang berisi instruksi untuk membuat beberapa protein. Beberapa protein ini membantu menyalin genom virus, sementara protein lainnya melindunginya saat virus bergerak untuk menginfeksi sel inang baru. Viroid adalah jenis patogen lain yang seluruhnya terbuat dari RNA, tetapi tidak menghasilkan protein apa pun. Sebaliknya, mereka bergantung pada enzim sel tanaman inang untuk bereplikasi.

Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.

Transkripsi terbalik

Dalam transkripsi terbalik, virus tertentu bereplikasi dengan mengubah genom RNA mereka menjadi DNA, yang kemudian digunakan untuk memproduksi RNA baru. Retrotransposon, yang merupakan elemen genetik, juga bergerak dengan menyalin DNA dan RNA secara bolak-balik. Selain itu, telomerase, sebuah enzim, menggunakan templat RNA untuk memperpanjang ujung kromosom dalam sel eukariotik.

RNA untai ganda

RNA untai ganda (dsRNA) terdiri dari dua untai RNA yang saling melengkapi, mirip dengan DNA, tetapi dengan urasil sebagai pengganti timin dan atom oksigen tambahan. Beberapa virus menggunakan dsRNA sebagai materi genetiknya. Pada eukariota, dsRNA, seperti RNA virus atau siRNA dapat memicu gangguan RNA dan respons imun yang disebut respons interferon pada vertebrata. Hal ini juga berperan dalam mengaktifkan sistem kekebalan tubuh bawaan untuk melawan infeksi virus.

RNA sirkular

Pada akhir tahun 1970-an, para peneliti menemukan jenis RNA yang membentuk struktur melingkar, yang dikenal sebagai RNA sirkuler (circRNA), yang ditemukan pada hewan dan tumbuhan. CircRNA diyakini dibuat melalui proses yang disebut “penyambungan balik”, di mana spliceosome menghubungkan akseptor 3' hulu ke situs penyambungan donor 5' hilir. Meskipun fungsi circRNA sebagian besar masih belum jelas, dalam beberapa kasus, mereka telah terbukti bertindak sebagai spons untuk microRNA, menyerap dan mengatur aktivitasnya.

Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.

Penemuan kunci dalam biologi RNA

Penelitian tentang RNA telah menghasilkan penemuan biologis yang signifikan, yang menghasilkan beberapa Hadiah Nobel. Asam nukleat pertama kali ditemukan pada 1868 oleh Friedrich Miescher, yang menamainya “nuklein” karena ditemukan di dalam nukleus. Belakangan, diketahui bahwa sel prokariotik, yang tidak memiliki nukleus, juga mengandung asam nukleat. Pada 1939, para ilmuwan menduga bahwa RNA berperan dalam sintesis protein. Pada 1959, Severo Ochoa (bersama dengan Arthur Kornberg) memenangkan Hadiah Nobel Kedokteran karena menemukan enzim yang dapat mensintesis RNA di laboratorium, meskipun kemudian terungkap bahwa enzim tersebut sebenarnya memecah RNA.

Pada 1956, Alex Rich dan David Davies adalah orang pertama yang membentuk struktur kristal RNA yang dapat dianalisis dengan kristalografi sinar-X. Pengurutan tRNA ragi oleh Robert W. Holley membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel Kedokteran pada 1968, bersama dengan Har Gobind Khorana dan Marshall Nirenberg.

Penemuan retrovirus dan reverse transcriptase pada awal 1970-an, yang menunjukkan bahwa RNA dapat disalin ke dalam DNA, menghasilkan Hadiah Nobel pada 1975 untuk David Baltimore, Renato Dulbecco, dan Howard Temin. Tim Walter Fiers adalah yang pertama kali mengurutkan seluruh genom RNA virus pada 1976.

Pada 1977, penemuan penyambungan RNA pada virus dan gen seluler membuat Philip Sharp dan Richard Roberts mendapatkan Hadiah Nobel pada 1993. Identifikasi RNA katalitik (ribozim) pada 1980-an membuat Thomas Cech dan Sidney Altman mendapatkan Nobel pada 1989. Pada 1990, RNA interferensi ditemukan pada petunia, di mana gen yang diintroduksi membungkam gen yang serupa di dalam tanaman-mekanisme yang penting dalam regulasi gen.

MicroRNA ditemukan sekitar waktu yang sama, berperan dalam perkembangan organisme seperti C. elegans. Penelitian tentang gangguan RNA membuat Andrew Fire dan Craig Mello mendapatkan Hadiah Nobel pada 2006. Pada tahun yang sama, Roger Kornberg memenangkan Nobel untuk karyanya pada transkripsi RNA.

Kemudian, penemuan molekul RNA yang mengatur gen memacu pengembangan obat berbasis RNA, seperti siRNA untuk membungkam gen. Pada 2009, Hadiah Nobel dianugerahkan kepada Venki Ramakrishnan, Thomas A. Steitz, dan Ada Yonath karena berhasil mengungkap struktur atom ribosom. Pada 2023, Katalin Karikó dan Drew Weissman menerima Hadiah Nobel untuk terobosan mereka dalam nukleosida yang dimodifikasi, yang memungkinkan pembuatan vaksin mRNA untuk COVID-19.

RNA dalam kimia prebiotik dan abiogenesis

RNA memainkan peran penting dalam teori-teori tentang asal-usul kehidupan karena kemampuannya yang unik untuk menyimpan informasi genetik dan mengkatalisis reaksi kimia, menjadikannya komponen utama dari banyak hipotesis tentang bagaimana kehidupan bermula di Bumi. Gagasan bahwa RNA mungkin merupakan molekul pertama yang mereplikasi diri sendiri yang mampu mengarah pada bentuk kehidupan yang lebih kompleks menjadi dasar Hipotesis Dunia RNA.

RNA dianggap sebagai pusat dari abiogenesis, yaitu proses di mana kehidupan mungkin berasal dari materi yang tidak hidup, karena fungsi ganda RNA yaitu penyimpanan informasi genetic dan aktivitas katalitik. Seperti DNA, RNA dapat membawa dan mengirimkan informasi genetik, bertindak sebagai templat untuk sintesis protein dan enzim.

Tidak seperti DNA, RNA juga dapat berfungsi sebagai enzim (ribozim) untuk mengkatalisis reaksi kimia. Hal ini menunjukkan bahwa bentuk kehidupan awal mungkin hanya mengandalkan RNA untuk menyimpan informasi genetik dan menggerakkan proses biokimia yang penting.

Hipotesis Dunia RNA menyatakan bahwa kehidupan awal di Bumi mungkin didasarkan pada RNA, sebelum evolusi DNA dan protein. Beberapa bukti mendukung teori ini:

Ribozim (RNA katalitik)

Ribozim adalah molekul RNA yang dapat mengkatalisis reaksi biokimia tertentu, mirip dengan enzim protein. Penemuan ribozim memberikan dukungan utama untuk gagasan bahwa bentuk kehidupan awal mungkin telah menggunakan RNA untuk menyimpan informasi dan mengkatalisis reaksi penting. Contohnya termasuk penyambungan sendiri RNA dan pembentukan ikatan peptida dalam ribosom, yang menunjukkan bahwa ribozim primitif dapat memfasilitasi proses-proses penting dalam kehidupan awal, seperti replikasi RNA dan sintesis protein.

Replikasi diri

Fitur mendasar dari kehidupan adalah kemampuan untuk bereplikasi. Hipotesis Dunia RNA mengusulkan bahwa molekul RNA awal mungkin telah mampu bereplikasi sendiri. Hal ini memungkinkan RNA untuk berkembang biak, berevolusi, dan pada akhirnya memunculkan bentuk kehidupan yang lebih kompleks. Pada 1968, Carl Woese berhipotesis bahwa RNA dapat menjadi katalisator dan mengusulkan bahwa RNA mungkin bertanggung jawab atas informasi genetik dan aktivitas biokimia pada bentuk kehidupan paling awal. Gagasan ini menjadi dasar bagi teori dunia RNA, yang menyatakan bahwa kehidupan dimulai dengan molekul RNA yang mereplikasi diri.^[7]

Penemuan terbaru

Pada Mei 2022, para ilmuwan menemukan bahwa RNA dapat terbentuk secara spontan pada kaca lava basal prebiotik, yang kemungkinan besar berlimpah di Bumi purba. Temuan ini menunjukkan bahwa bahan baku untuk RNA mungkin telah tersedia di lingkungan primitif Bumi, yang mendukung kemungkinan peran RNA dalam pembentukan kehidupan awal.

Pada Maret 2015, nukleobasa seperti urasil, sitosin, dan timin (komponen RNA dan DNA) disintesis di laboratorium dalam kondisi yang meniru ruang angkasa, dengan menggunakan bahan awal seperti pirimidin, senyawa kaya karbon yang ditemukan dalam meteorit. Eksperimen ini menunjukkan bahwa blok bangunan utama untuk RNA dan DNA mungkin telah terbentuk di luar angkasa dan dikirim ke Bumi pada masa awal oleh meteorit.

Pada Juli 2022, para astronom melaporkan deteksi molekul prebiotik dalam jumlah besar, termasuk prekursor potensial RNA, di pusat galaksi Bima Sakti. Penemuan ini menyiratkan bahwa bahan kimia pembangun kehidupan mungkin tersebar luas di alam semesta dan mendukung gagasan bahwa kimia prebiotik yang mengarah ke RNA bisa jadi merupakan proses universal.^[8]

Penggunaan medis dan bioteknologi

Awalnya, RNA dianggap tidak cocok untuk terapi karena cepat rusak. Namun, kemajuan dalam membuat RNA lebih stabil telah membuatnya berguna. RNA dapat melipat menjadi bentuk yang kompleks dan berinteraksi dengan protein, asam nukleat, dan molekul kecil, menciptakan situs aktif yang dapat mendorong fungsi terapeutik.^[9]

Terapi berbasis RNA

Terapi berbasis RNA merupakan pendekatan mutakhir untuk mengobati penyakit dengan menargetkan jalur molekuler yang terlibat dalam ekspresi gen. Pendekatan ini didasarkan pada kemampuan untuk memanipulasi molekul RNA, yang memainkan peran penting dalam proses produksi protein, dan menawarkan pilihan pengobatan potensial untuk berbagai macam penyakit, termasuk kelainan genetik, kanker, dan infeksi virus. Dua jenis utama terapi berbasis RNA adalah pembungkaman gen dengan siRNA dan antisense oligonukleotida (ASO).

Small interfering RNA (siRNA ) adalah jenis molekul RNA sintetis yang secara khusus dapat menurunkan regulasi atau “membungkam” ekspresi gen tertentu. siRNA bekerja dengan mengeksploitasi jalur interferensi RNA alami tubuh (RNAi). Ketika siRNA dimasukkan ke dalam sel, siRNA dimasukkan ke dalam kompleks pembungkaman yang diinduksi RNA (RISC). Kompleks ini kemudian memandu siRNA untuk berikatan dengan messenger RNA komplementer (mRNA) yang sesuai dengan gen target. Setelah terikat, kompleks RISC membelah dan menurunkan mRNA target, mencegahnya diterjemahkan menjadi protein. Hal ini menghasilkan pembungkaman gen yang bertanggung jawab untuk memproduksi protein penyebab penyakit. siRNA telah digunakan dalam terapi untuk penyakit seperti kelainan genetik, kanker, dan bahkan infeksi virus seperti hepatitis dan COVID-19.

Oligonukleotida antisense (ASO) adalah molekul DNA atau RNA untai tunggal pendek yang dirancang untuk mengikat secara khusus pada urutan komplementer dalam mRNA target. Pengikatan ASO ke mRNA dapat memodulasi ekspresi gen dengan berbagai cara, yaitu: (i) mengeblok translasi, dengan mengikat mRNA, ASO secara fisik menghalangi ribosom untuk menerjemahkan mRNA menjadi protein. (ii) mempromosikan degradasi: ASO dapat merekrut mesin seluler seperti RNase H untuk mendegradasi mRNA, sehingga mengurangi jumlah protein yang diproduksi. (iii) Mengubah penyambungan: Dalam kondisi tertentu, ASO dapat dirancang untuk mengikat di dekat situs sambatan pra-mRNA, yang mengarah pada penyertaan atau pengecualian ekson tertentu selama proses penyambungan mRNA, yang menghasilkan bentuk protein yang berubah yang mungkin kurang berbahaya atau tidak berfungsi.

ASO telah digunakan untuk mengobati penyakit seperti atrofi otot tulang belakang (SMA), di mana ASO membantu memulihkan ekspresi protein fungsional, dan distrofi otot Duchenne, di mana ASO membantu melewatkan ekson yang salah pada gen distrofin.

Vaksin mRNA

Vaksin berbasis RNA dianggap lebih mudah diproduksi daripada vaksin tradisional, yang membutuhkan pertumbuhan dan penelitian patogen dalam waktu yang lama. Alih-alih menggunakan patogen yang telah dibunuh atau dilemahkan, vaksin RNA mendorong tubuh untuk memberikan respons lebih cepat.^[10] Vaksin mRNA, yang menginstruksikan sel untuk memproduksi protein yang memicu respons kekebalan tubuh, telah menjadi jenis vaksin baru yang penting. Keberhasilannya telah dibuktikan dalam skala besar dengan vaksin COVID-19 selama pandemi.

Alat penelitian

Alat-alat penelitian seperti teknologi CRISPR dan RNA interferensi (RNAi) telah merevolusi bidang genetika, biologi molekuler, dan pengembangan terapi. Alat-alat ini memungkinkan para peneliti untuk memanipulasi gen dengan presisi, memberikan wawasan tentang fungsi gen, mekanisme penyakit, dan pengobatan potensial. siRNA dapat membungkam gen tertentu dan sangat membantu dalam mempelajari fungsi gen, memastikan target terapeutik, dan pengembangan obat.^[11]

Teknologi CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) adalah alat yang ampuh untuk pengeditan gen yang memungkinkan para ilmuwan untuk membuat modifikasi yang tepat pada DNA organisme hidup. Sistem ini menggunakan molekul RNA (disebut RNA pemandu atau gRNA) untuk mengarahkan enzim nuklease, biasanya Cas9, ke urutan DNA tertentu di dalam genom. RNA pemandu dirancang untuk melengkapi sekuens DNA target, memastikan bahwa nuklease diarahkan ke lokasi yang benar. Setelah berada di lokasi target, enzim Cas9 memotong DNA, menciptakan pemutusan untai ganda. Mekanisme perbaikan DNA alami sel kemudian bekerja. Perbaikan ini dapat dimanfaatkan untuk dua hal: (i) mengganggu gen (melalui perbaikan yang rentan terhadap kesalahan yang menyebabkan mutasi), yang dapat “melumpuhkan” fungsi gen. (ii) Memperkenalkan materi genetik baru (melalui perbaikan yang diarahkan pada homologi), yang memungkinkan penyisipan atau koreksi yang tepat pada urutan genetik. Interferensi RNA (RNAi) adalah proses biologis di mana molekul RNA kecil menghambat ekspresi gen dengan mendegradasi mRNA target atau mencegah penerjemahannya menjadi protein. Dua molekul kunci terlibat dalam RNAi: (i) RNA pengganggu kecil (siRNA): RNA pendek beruntai ganda yang memicu degradasi mRNA tertentu. (ii) MicroRNA (miRNA): RNA yang diproduksi secara endogen yang dapat menekan ekspresi gen dengan mengikat sekuens komplementer pada mRNA target, yang sering kali mengarah pada represi translasi atau degradasi mRNA. RNAi berfungsi sebagai alat penelitian yang berharga untuk mempelajari fungsi gen karena dapat membungkam gen secara selektif. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari efek hilangnya gen atau berkurangnya ekspresi gen, memberikan wawasan tentang peran gen dalam proses seluler dan penyakit. Selain aplikasi penelitiannya, RNAi sedang dikembangkan sebagai strategi terapeutik. Dengan merancang siRNA atau miRNA meniru atau inhibitor, para peneliti dapat menargetkan dan menurunkan regulasi gen yang terlibat dalam penyakit seperti kanker, gangguan neurodegeneratif, dan infeksi virus.

Interaksi molekul kecil

Molekul kecil dengan kualitas seperti obat tradisional dapat menargetkan RNA dan DNA, sehingga menawarkan pengobatan potensial untuk penyakit baru. Namun, penelitian tentang molekul kecil yang secara khusus menargetkan RNA masih terbatas, dan hanya sedikit obat yang disetujui untuk digunakan manusia yang melakukan hal ini. Obat-obatan seperti ribavirin, branaplam, dan ataluren membantu menstabilkan struktur RNA dan memengaruhi penyambungan pada berbagai gangguan.^[12]