Kanazawa (tutur.co.id) – Tim ilmuwan dari Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), Kanazawa University, Jepang, berhasil mengungkap mekanisme dasar pembentukan memori di otak manusia melalui visualisasi molekul secara langsung. Temuan ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Nature Communications dan membuka pemahaman baru mengenai cara kerja enzim kunci dalam proses belajar.
Penelitian tersebut memfokuskan pada enzim Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII), yang selama ini dikenal berperan penting dalam pembelajaran dan penyimpanan memori. Enzim ini berfungsi sebagai sakelar molekuler yang memperkuat hubungan antarsel saraf atau sinapsis, sebuah proses yang disebut plastisitas sinaptik.
Struktur Enzim Penentu Ingatan
CaMKII tersusun dari 12 subunit protein yang membentuk struktur melingkar. Dua jenis subunit utama, yakni alfa (α) dan beta (β), tersebar dengan komposisi berbeda di berbagai bagian otak. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan menduga bahwa keseimbangan kedua subunit tersebut berpengaruh besar terhadap pembentukan memori, namun belum pernah diamati secara langsung.
Melalui teknologi high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), tim peneliti yang dipimpin Mikihiro Shibata berhasil merekam pergerakan CaMKII pada tingkat molekul secara real time. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa subunit α dan β bercampur dalam rasio sekitar 3:1, sesuai dengan komposisi alami di otak mamalia.
Lebih lanjut, subunit β cenderung menempatkan diri bersebelahan dengan probabilitas mencapai 83 persen, membentuk klaster kecil yang stabil di dalam struktur enzim.
Memori yang Bertahan Lebih Lama
Saat CaMKII diaktifkan oleh sinyal kalsium dan kalmodulin—yang muncul ketika neuron bekerja—subunit β yang berdekatan membentuk kompleks domain kinase yang bertahan lama. Struktur ini menurunkan aktivitas katalitik enzim, namun tetap memungkinkan interaksi dengan protein lain, sehingga sinyal pembelajaran dapat bertahan meskipun rangsangan awal telah menghilang.
Mikihiro Shibata menjelaskan bahwa visualisasi berkecepatan tinggi tersebut memperlihatkan bagaimana CaMKII menata ulang strukturnya untuk menjaga stabilitas sinyal memori. Peran subunit β digambarkan sebagai jangkar yang mempertahankan enzim dalam kondisi aktif yang mendukung pembelajaran jangka panjang.
Pendekatan Eksperimental
Untuk memperoleh temuan ini, tim peneliti mengombinasikan beberapa metode canggih, antara lain:
- HS-AFM, untuk merekam dinamika molekul secara langsung
- Uji biokimia, guna mengukur aktivasi dan deaktivasi enzim
- Pemodelan AlphaFold3, untuk memprediksi bentuk dan interaksi subunit β
Pendekatan terpadu ini menjelaskan bagaimana struktur CaMKII mendukung long-term potentiation (LTP), fondasi seluler dari proses belajar dan mengingat.
Implikasi bagi Dunia Medis
Temuan ini dinilai penting dalam memahami dasar molekuler gangguan neurologis dan psikiatris. Ketidakseimbangan subunit CaMKII diyakini berkaitan dengan berbagai penyakit otak. Ke depan, tim peneliti berencana mengamati interaksi CaMKII dengan filamen aktin dan reseptor sinaptik seperti NMDAR untuk memahami perubahan bentuk dan konektivitas neuron.