Sel mengatur banyak aktivitas terpentingnya menggunakan struktur yang dikenal sebagai kondensat biomolekuler. Tidak seperti kompartemen tradisional di dalam sel, gugusan seperti tetesan ini tidak dikelilingi oleh membran. Kondensat membantu mengontrol bagaimana instruksi genetik dalam DNA diubah menjadi protein, membantu membersihkan limbah seluler yang jika tidak dibersihkan dapat menjadi racun, dan bahkan dapat berperan dalam menekan pertumbuhan tumor. Karena kondensat berperilaku seperti cairan yang dapat menyatu, mengalir, dan dengan cepat bertukar komponen, para ilmuwan sejak lama percaya bahwa kondensat hanyalah tetesan sederhana yang tidak terstruktur.
Penelitian yang diterbitkan di Nature Structural and Molecular Biology pada 2 Februari 2026, menantang pandangan lama tersebut. Sebuah tim di Scripps Research menemukan bahwa beberapa kondensat sama sekali bukan gumpalan acak. Sebaliknya, mereka dibangun dari jaringan kompleks filamen protein tipis seperti benang. Kerangka internal ini memberikan tetesan tersebut arsitektur yang terdefinisi yang sangat penting untuk cara kerjanya. Penemuan ini menunjukkan strategi baru untuk mengobati penyakit seperti kanker dan gangguan neurodegeneratif.
“Sejak kami menyadari bahwa gangguan dalam pembentukan kondensat merupakan inti dari banyak penyakit, menargetkannya secara terapeutik menjadi tantangan karena tampaknya kondensat tersebut tidak memiliki struktur—tidak ada fitur spesifik yang dapat diikat oleh obat,” kata Keren Lasker, profesor madya di Scripps Research dan penulis senior studi ini. “Penelitian ini mengubah hal itu. Sekarang kita dapat melihat bahwa beberapa kondensat memiliki arsitektur internal, dan yang terpenting, struktur ini diperlukan untuk fungsinya, membuka pintu untuk menargetkan rakitan tanpa membran ini seperti halnya kita menargetkan protein individual.”
Memperbesar Tampilan Protein PopZ
Untuk mengeksplorasi bagaimana kondensat dapat bertindak seperti kompartemen tanpa membran, laboratorium Lasker meneliti protein bakteri yang disebut PopZ. Pada bakteri berbentuk batang tertentu, PopZ berkumpul di kutub sel (ujung sel yang membulat), membentuk kondensat yang mengatur protein lain yang dibutuhkan untuk pembelahan sel.
Bekerja sama erat dengan profesor Scripps Research Ashok Deniz dan asisten profesor Raphael Park, yang turut memimpin studi ini, tim tersebut menggunakan tomografi krio-elektron (cryo-ET). Metode pencitraan ini berfungsi seperti pemindaian CT pada skala molekuler, memungkinkan para peneliti untuk melihat struktur seluler dengan detail yang luar biasa. Gambar-gambar tersebut mengungkapkan bahwa protein PopZ berkumpul menjadi filamen melalui proses langkah demi langkah yang teratur. Filamen-filamen ini kemudian membentuk kerangka yang menentukan karakteristik fisik kondensat.
Perubahan Bentuk Protein di Dalam Kondensat
Para peneliti kemudian meneliti lebih lanjut bagaimana molekul PopZ individual berperilaku. Menggunakan transfer energi resonansi Förster (FRET) molekul tunggal, sebuah teknik yang mendeteksi pergeseran kecil dalam jarak di dalam protein dengan mengukur transfer energi antara penanda fluoresen, mereka menemukan bahwa PopZ mengubah bentuknya tergantung pada lokasinya. Protein tersebut mengadopsi satu konformasi di luar kondensat dan konformasi yang berbeda di dalamnya.
“Menyadari bahwa konformasi protein bergantung pada lokasi memberi kita berbagai cara untuk merekayasa fungsi seluler,” kata Daniel Scholl, penulis pertama dan mantan peneliti pascadoktoral di laboratorium Lasker dan Deniz.
Mengapa Struktur Filamen Sangat Penting?
Untuk menguji apakah filamen hanyalah detail struktural atau benar-benar diperlukan untuk kehidupan, tim tersebut merekayasa versi mutan PopZ yang tidak lagi dapat membentuk filamen. Kondensat yang diubah menjadi jauh lebih cair dan memiliki tegangan permukaan yang lebih rendah. Ketika perubahan ini dimasukkan ke dalam bakteri hidup, sel-sel berhenti tumbuh dan gagal memisahkan DNA mereka dengan benar. Ini menunjukkan bahwa sifat fisik kondensat, bukan hanya bahan kimia penyusunnya, sangat penting untuk fungsi seluler normal.
Implikasi bagi Kanker dan Penyakit Neurodegeneratif
Meskipun eksperimen tersebut berfokus pada bakteri, temuannya memiliki relevansi yang lebih luas. Pada sel manusia, kondensat berbasis filamen menjalankan dua tugas utama: membersihkan protein yang rusak atau beracun dan mengendalikan pertumbuhan sel. Jika kondensat pembersih rusak, protein berbahaya dapat menumpuk, yang merupakan ciri khas penyakit neurodegeneratif seperti ALS. Jika kondensat pengatur pertumbuhan gagal, mekanisme perlindungan yang mencegah tumor dapat runtuh, berkontribusi pada kanker termasuk kanker prostat, payudara, dan endometrium.
“Dengan menunjukkan bahwa arsitektur kondensat dapat didefinisikan dan secara fungsional sangat penting, penelitian ini membuka kemungkinan untuk merancang terapi yang bekerja langsung pada struktur kondensat dan memperbaiki disorganisasi mendasar yang memungkinkan penyakit untuk berkembang,” kata Lasker.
Selain Lasker, Scholl, Deniz, dan Park, penulis studi “Ultrastruktur filamen dari kondensat PopZ diperlukan untuk fungsi selulernya” meliputi Tumara Boyd, Andrew P. Latham, Alexandra Salazar, Asma Khan, Steven Boeynaems, Alex S. Holehouse, Gabriel C. Lander dan Andrej Sali.
