Warna kulit manusia secara umum dapat dibagi menjadi tiga, yaitu warna hitam, coklat atau sawo matang, dan putih. Yang menentukan warna kulit tersebut adalah pigmen melanin. Melanin berfungsi sebagai protektor dari sinar ultraviolet (UV), dan pigmen ini berada pada organel yang disebut melanosom. Sebelumnya telah ditemukan gen-gen yang berperan dalam pembentukan pigmen, tetapi yang menjadi faktor utama penyebab warna kulit bervariasi masih menjadi teka-teki.

Namun demikian, teka-teki tersebut sedikit terkuak setelah Prof. Keith Cheng dari Universitas Kedokteran Pennsylvania-Amerika dan kolega berhasil mengidentifikasi gen slc24a5 dari ikan zebra strain golden (Gambar 1B). Gen slc24a5 diduga merupakan gen pengkode kalium-dependent natrium/kalsium exchanger. Protein yang dihasilkan dari proses translasi merupakan protein intraseluler dan terletak pada membran sel.

Ikan zebra strain golden dicirikan oleh strip (garis horizontal di badan) yang lebih tipis/terang dibandingkan dengan ikan zebra normal (Gambar 1A). Perbedaan fenotipe ini adalah disebabkan oleh perbedaan jumlah, ukuran, dan kepadatan melanosom (granul penghasil melanin) pada strip di tubuh ikan zebra.



Gambar 1. Fenotipe ikan zebra tampak samping untuk strain alami (A) dan golden (B).　Tanda kepala panah dalam kotak segi empat ukuran kecil menunjukkan melanopor. (Gambar diambil dari jurnal Science, 310: 1782-1786).

Dengan melakukan karakterisasi gen slc24a5 ini, Prof. Keith Cheng dan kolega menduga penyebab terjadinya perbedaan warna kulit antara orang Eropa dan Afrika (Gambar 2).

Hasil penelitian ini telah dipublikasikan dalam jurnal Science edisi 16 Desember 2005. Berubahnya (mutasi) satu nukleotida penyusun gen slc24a5 merupakan penyebab berubahnya warna kulit ikan zebra.

Hal yang sama diperkirakan menjadi penyebab warna kulit orang Eropa dan Afrika berbeda. Berubahnya satu nukleotida tersebut diduga sebagai hasil seleksi alam pada populasi orang Eropa. Gen slc24a5 ikan zebra memiliki kemiripan 69% dengan gen manusia. Gen slc24a5 diekspresikan dengan tingkat yang tinggi pada sel yang memproduksi melanin pada ikan zebra dan juga pada hewan mamalia.



Gambar 2. Warna-warni kulit manusia. Gen yang baru ditemukan menjelaskan sebagian dari faktor yang mempengaruhi warna kulit putih orang Eropa, tetapi tidak untuk orang Asia Timur dibandingkan dengan orang Afrika. (Gambar diambil dari jurnal Science, 310:1754).

Tim peneliti melakukan analisa genom untuk mengetahui bagaimana protein slc24a5 berperan dalam pigmentasi kulit manusia. Mereka menemukan bahwa ada dua alel yang berada pada satu lokus. Hampir semua orang Asia Timur dan Afrika memilik DNA genom slc24a5 dengan satu asam amino alanin (alanine, ALA) dan mirip dengan hewan vertebrata lainnya, sedangkan alanin tersebut berubah menjadi treonin (threonine, Thr) pada 99% populasi orang Eropa. Sehingga secara filogenetik membentuk dua cabang, dan peneliti berkesimpulan bahwa Thr telah menjadi target seleksi alam atau kelamin pada populasi orang Eropa.

Untuk mengidentifikasi sikuens DNA yang mengalami mutasi pada alel ikan golden, cDNA dan sikuens genom dari ikan tipe normal dibandingkan dengan yang dimiliki oleh embrio ikan golden. Mereka menemukan bahwa nukleotida sitosin (chitosin, C) pada ikan normal berubah menjadi adenin (adenine, A) pada ikan golden.

Perubahan ini mengkonversi tirosin (Tyrosine, Tyr) yang merupakan asam amino urutan 208 menjadi kodon stop. Potongan sikuens mutan polipeptida golden yang dihasilkan adalah sekitar 40% lebih pendek dari ukuran protein normal. Bagian yang hilang adalah loop hidrofobik sentral dan bagian C-terminal yang menjadi domain transmembran. Ekspresi RNA slc24a5 ikan normal ditemukan pada bagian melanofor, sementara pada ikan golden ekspresinya hampir tidak terdeteksi. Hal ini menunjukkan bahwa fenotipe golden terbentuk melalui mekanisme perusakan messenger RNA (mRNA) yang dibantu oleh faktor non-sense (nonsense-mediated mRNA decay).

Selanjutnya, agar lebih yakin bahwa memang gen slc24a5 yang menyebabkan ikan zebra menjadi golden, peneliti menerapkan teknik molekuler yang disebut antisens morfolino oligonukleotida. Bila teknik ini berhasil, maka ikan zebra normal akan berubah warnanya menjadi golden. Prinsip teknik ini adalah memblok transkripsi mRNA dengan menggunakan oligonukleotida sintetik yang merupakan antisens dari sikuens mRNA atau DNA genom.

Tim Prof. Keith Cheng menggunakan bagian splice-junction dan kodon start untuk membuat antisens morfolino oligonukleotida. Dengan menyuntikkan antisen morfolino oligonukleotida ini ke embrio ikan zebra normal, mereka berhasil mendapatkan fenotipe golden (Gambar 3C). Kemudian sebagai uji rescue (pemulihan fenotipe), tim peneliti menyuntikkan mRNA slc24a5 ke dalam embrio golden homosigot, dan mereka berhasil mengembalikan sebagian pigmentasi normal pada melanofor. Hal ini membuktikan identitas ikan zebra strain golden yang berhubungan gen slc24a5.



Gambar 3. Uji knockdown menggunakan morfolino gen golden slc24a5. Larva ikan umur 48 jam setelah pembuahan (hpf) yang tampak samping (A) wild-type and (B)　mutan strain golden. (C) larva ikan normal umur 48 hpf yang telah disuntik dengan morfolino dengan target kodon start gen slc24a5 yang menghasilkan fenotipe ikan zebra mutan strain golden. (Gambar diambil dari jurnal Science, 310: 1782-1786).

Lebih lanjut, pengujian dilakukan dengan mengukur daya pantul (reflectance) pada 308 individu keturunan Afrika dan Eropa. Alel pada individu homosigot memperlihatkan kecenderungan memiliki kulit putih atau hitam, sedangkan yang heterosigot berada di tengah-tengah antar keduanya. Dengan demikian peneliti menduga bahwa alel Thr pada orang kulit putih adalah dominan parsial terhadap alel ALA. Sekitar 25%-38% nukleotida penyusun gen ini berbeda antara orang Eropa dan Afrika dan menyebabkan kadar melanin berbeda.

Hasil penelitian ini memberikan dukungan kuat untuk teori seleksi positif untuk kulit putih orang Eropa. Namun peneliti belum yakin apakah kulit pucat orang Eropa merupakan hasil dari beberapa tahap seleksi yang menguntungkan atau karena sebuah seleksi relaksasi (relaxation) untuk kulit hitam, setelah nenek moyang orang Eropa modern bermigrasi keluar dari Afrika ke daerah yang lebih sedikit terkena sinar matahari.

Juga belum jelas apakah gen baru ini, slc24a5, adalah benar-benar berbeda dengan apa yang telah diketahui selama ini. Meskipun sekitar 93% alel adalah mirip antara orang Afrika dan Asia Timur, namun orang Asia timur biasanya memiliki warna kulit lebih putih dibandingkan orang Afrika. Hal ini berarti bahwa variasi pada gen lainnya yang telah diidentifisi lebih dulu juga mempengaruhi warna kulit. Namun hal ini masih membutuhkan penelitian lanjutan untuk mengentahui faktor penyebabnya.

Pada level biokimia, ada beberapa protein lain menunjukkan kontribusi dalam pigmentasi dan memperlihatkan kemiripan mekanisme biokimiawi dengan slc24a5. Hal ini mengisyaratkan perlunya mengetahui apakah ada interaksi antara slc24a5 dengan protein-protein yang telah dilaporkan lebih dulu, seperti MATP, ASIP, TYR, dan OCA2.

Variasi warna kulit, mata dan rambut orang Eropa, pada siapa yang memiliki alel Thr111 haplotipe yang predominan, menunjukkan bahwa ada gen lain yang berkontribusi untuk pigmentasi pada orang Eropa.

Sebagai contoh, varian pada MC1R berhubungan dengan rambut merah dan kulit lebih putih, sementara OCA2 berperan dalam penentuan warna mata. Warna cerah yang disebabkan oleh alel slc24a5 mungkin ikut berpartisipasi mempengaruhi gen warna untuk mata dan rambut orang Eropa.

Karena orang Asia timur dan Afrika memiliki alel Ala¹¹¹ yang sama, polimorfisme ini tidak ikut berperan dalam perbedaan warna kulit kedua grup populasi ini. Karena itu akan menjadi tema penelitian yang menarik pada kesempatan berikutnya untuk mengetahui apakah hal ini bersifat khas bagi populasi orang Asia Timur atau memiliki kemiripan dengan orang Eropa.

Apa yang dilaporkan oleh grup Chen adalah konsisten dengan evolusi secara umum; melanin memblok sinar UV, dan kulit warna gelap memiliki keuntungan pada sinar matahari yang kuat karena mampu mengurangi efek merugikan dari sinar UV. Kulit putih adalah lebih sensitif terhadap sinar matahari karena menyerap lebih banyak cahaya untuk produksi vitamin D.

Alimuddin, kandidat Doktor dari Tokyo University of Marine Science and Technology, staf FPIK IPB Bogor, dan anggota ISTECS Jepang. E-mail: alimuddin_alsani@yahoo.com