Di sebuah laboratorium di Kyoto, tim genetika melakukan perubahan kecil namun signifikan pada DNA tikus. Menggunakan teknologi pengeditan gen CRISPR, mereka menyisipkan varian tunggal dari gen yang pernah dimiliki oleh Homo neanderthalensis dan Denisovans—saudara kuno manusia modern—ke dalam genom hewan pengerat hidup. Tikus yang dibesarkan dalam kondisi terkontrol segera menunjukkan tanda-tanda perbedaan anatomis yang mencerminkan struktur kerangka dari hominin yang telah punah ini.

Eksperimen ini dipublikasikan di jurnal BioRxiv, yang dipimpin oleh Dr. Ako Agata dan Dr. Tadashi Nomura dari Universitas Kedokteran Prefektur Kyoto. Penelitian ini fokus pada gen GLI3 yang memainkan peran kunci dalam jalur sinyal perkembangan besar yang dikenal sebagai Hedgehog, yang mengatur pembentukan tulang dan organ pada embrio. Versi gen yang diperkenalkan ke dalam tikus membawa mutasi spesifik, R1537C, yang diketahui dimiliki oleh Neanderthal dan Denisovans.

Para peneliti ingin menentukan apakah varian kuno ini berkontribusi pada ciri fisik yang berbeda terlihat pada kerangka Neanderthal—seperti rongga dada yang lebar, tengkorak yang memanjang, dan tonjolan alis yang mencolok. Mereka menemukan bahwa tikus yang membawa gen yang dimodifikasi mengembangkan perubahan kerangka yang nyata. Beberapa memiliki tengkorak yang lebih lebar, sementara yang lain memiliki vertebra yang lebih sedikit atau kelainan rongga dada, termasuk torsi tulang rusuk yang lebih kuat dan tanda-tanda kelengkungan tulang belakang.

Perubahan Halus Namun Struktural

Menurut studi tersebut, varian gen kuno tidak mengganggu stabilitas protein atau kemampuannya untuk mengaktifkan sinyal Hedgehog, yang sangat penting selama perkembangan. Sebaliknya, ia secara halus mengubah cara GLI3 mengatur gen-gen perkembangan tertentu, khususnya yang terlibat dalam morfologi kerangka. Dalam eksperimen yang melibatkan sel HEK293T—sebuah garis sel manusia umum yang digunakan di laboratorium—peneliti mengamati perubahan dalam ekspresi beberapa gen perkembangan ketika varian Neanderthal hadir.

Pada tikus, efeknya terlihat pada struktur tulang. Beberapa menunjukkan osifikasi prematur pada jahitan tengkorak, suatu kondisi yang terkait dengan deformasi tengkorak. Lainnya mengembangkan fitur mirip skoliosis, dengan rongga dada yang asimetris dan perubahan vertebra. Mutasi ini juga tampaknya mengurangi jumlah vertebra lumbar, meniru ciri yang ditemukan pada fosil Neanderthal.

Tim Dr. Nomura mencatat bahwa tidak ada tikus yang dimodifikasi menunjukkan polidaktili, atau jari tambahan—konsekuensi umum ketika gen GLI3 sepenuhnya terganggu pada manusia dan hewan. Hal ini menunjukkan bahwa varian Neanderthal mempertahankan fungsi perkembangan inti, sambil secara lembut mengarahkan hasil tertentu ke arah baru.

Mutasi Kuno dalam Genom Modern

Varian R1537C tidak terbatas pada prasejarah. Ia masih ada hari ini dalam proporsi kecil dari populasi manusia, khususnya di kelompok non-Afrika. Menurut data Proyek 1000 Genomes yang dikutip dalam studi tersebut, frekuensinya berkisar antara sekitar 3,7% hingga 7,7% di populasi Eropa dan serendah 0,8% di populasi Afrika.

Mutasi ini terletak dalam sebuah area gen GLI3 yang disebut domain transaktivasi C-terminal, dan analisis in silico telah memprediksi bahwa itu berpotensi merusak. Namun, bukti eksperimental dari kelompok Kyoto menunjukkan bahwa varian ini tidak merusak protein atau menghalangi aktivitas utamanya. Sebaliknya, ekspresi gen yang diubah dikaitkan dengan ciri-ciri yang melibatkan regulasi kromatin dan perkembangan jaringan, termasuk gen seperti STC1, H4C3, dan LINC00294—semua terkait dengan pertumbuhan tulang dan perkembangan sel.

Menariknya, tikus dengan perubahan genetik ini menunjukkan fenotip yang berbeda tergantung latar belakang genetik mereka. Pada latar belakang genetik C57BL6, tikus mengembangkan pembesaran tengkorak dan kelainan rongga dada. Pada strain CD-1, mereka menunjukkan ciri tambahan seperti vertebra serviks yang cacat dan munculnya tulang rusuk ekstra pada vertebra toraks ke-14.

Jejak Biologi Kuno

Para peneliti percaya bahwa efek mutasi mungkin dibentuk oleh pelonggaran batasan perkembangan pada hominin kuno. Neanderthal, dengan ukuran populasi efektif yang lebih kecil, mungkin telah mentoleransi atau bahkan mengintegrasikan mutasi yang tidak akan diterima oleh manusia modern. Drift genetik bisa saja memungkinkan ciri-ciri ini bertahan.

Data kerangka dari tikus sejalan dengan beberapa fitur Neanderthal yang diketahui. Ciri-ciri ini termasuk “makrocephaly,” skoliosis, dan pematangan kerangka yang lebih cepat—ciri-ciri yang dipetakan oleh peneliti menggunakan Ontologi Fenotipe Manusia. Rekam jejak fosil juga menunjukkan torsi tulang rusuk yang lebih kuat pada bayi Neanderthal, temuan yang tampaknya tercermin dalam bentuk tulang rusuk yang diubah dari tikus yang dimodifikasi.

Menurut penulis studi, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah mutasi ini dipilih secara positif pada Neanderthal atau hanya dipertahankan melalui drift. Meskipun beberapa data UK Biobank menunjukkan hubungan antara varian ini dan ciri anatomis manusia, seperti rasio pinggang-pinggul dan gangguan punggung, bukti statistik tetap terbatas.

Gema Genetik dalam Kerangka Kita

Pekerjaan ini menambah kumpulan penelitian yang semakin berkembang yang memeriksa bagaimana segmen DNA Neanderthal kecil mungkin terus membentuk biologi modern. Studi sebelumnya telah mengeksplorasi pengaruh gen Neanderthal pada respons imun, persepsi rasa sakit, dan bahkan sifat neurologis. Namun, hanya sedikit yang menunjukkan koneksi langsung antara mutasi genetik tertentu dan perkembangan kerangka.

Pekerjaan pengeditan gen dilakukan di bawah protokol eksperimental ketat yang disetujui oleh komite etik Universitas Kedokteran Prefektur Kyoto. Model hewan dikembangkan menggunakan teknologi CRISPR-Cas12a, dengan embrio ditanamkan ke dalam tikus pengganti. Data studi, termasuk pengurutan RNA dan pencitraan kerangka, telah dipublikasikan secara umum melalui basis data DDBJ dan Mendeley Data.

Para peneliti tidak menarik kesimpulan tegas tentang peran gen tersebut pada Neanderthal. Namun, seperti yang mereka catat dalam preprint mereka yang tersedia di bioRxiv, bukti menunjukkan bahwa varian kuno dari GLI3 yang “berkontribusi pada variasi anatomis spesifik spesies,” secara halus membentuk tubuh saudara-saudara yang telah punah—dan mungkin, hingga batas tertentu, tubuh kita sendiri.