RSS

Regulasi Ekspresi Genetik pada Eukaryotik

25 Apr

Ekspresi genetik adalah suatu rangkaian proses kompleks yang melibatkan banyak faktor. Proses ekspresi gen adalah proses transformasi informasi genetik melalui transkripsi dan translasi, untuk  pembentukan protein dan enzim. Secara umum, proses ekspresi genetik dimulai dan diatur sejak pra-inisiasi transkripsi. Namun, tidak dapat diketahui secara pasti kapan sebenarnya proses regulasi tersebut mulai dilakukan karena sistem biologis adalah suatu sistem siklis yang tidak dapat secara pasti ditentukan titik awalnya (Yusuf, Jurnal Penelitian).

Proses ekspresi genetik pada eukaryot diatur oleh banyak molekul yang berinteraksi secara spesifik. Interaksi antar molekul tersebut dapat terjadi melalui ikatan antara DNA dengan protein, protein dengan protein, maupun protein dengan molekul lain, misalnya hormon.  Sinyal (molekul) pengendali ekspresi genetik dapat dikelompokkan  menjadi dua, yaitu (Yuwono, 2008):

  1. RNA Polimerase sebagai protein utama yang melakukan proses transkripsi
  2. Protein-protein pembantu (auxilliary proteins) yang meliputi: Faktor transkripsi umum, Protein yang berikatan dengan urutan nukleotida spesifik,Protein-protein yang terlibat dalam proses translasi (penerjemahan transkrip/RNA) menjadi polipeptida.

Protein pengendali mempunyai tiga domain fungsional (Yuwono, 2008):

1.      Domain pengikat DNA

Domain pengikat DNA adalah bagian protein yang berikatan secara langsung dengan DNA. Domain pengikat DNA dapat dibedakan menjadi beberapa kelas, yaitu;

  1. Modul yang mengandung atom zinc, misalnya 1). zinc finger pada faktor transkripsi TFIIIA dan Sp1, 2). Modul zinc yang ada pada reseptor glukokortikoid, dan 3). Modul yang mengandung dua atom zinc dan enam asam amino sistein, misalnya pada aktivator GaI4.
  2. Homeodomain, mengandung sekitar 60 asam amino yang mirip dengan domain pengikat DNA pada prokaryot, misalnya represor bakteriofag lambda. Domain ini pada awalnya ditemukan pada protein-protein homeobox yang bertanggung jawab dalam perkembangan lalat buah Drosophila.
  3. Β-barrel adalah suatu domain yang berbentuk tong (barrel). Domain yang mempunyai motif bZIP (leucine zipper) dan HLH (helix-loop-helix) mempunyai domain pengikat DNA yang bersifat sangat basis        

2. Domain yang mengaktifkan transkripsi

Domain yang mengaktifkan transkripsi adalah bagian struktur protein yang berperanan dalam melakukan aktivasi transkripsi. Domain ini dibagi menjadi tiga kelas, yaitu: a). Domain yang bersifat asam, misalnya adalah 49 domain asam amino pada aktivator Ga14 yang mengandung 11 asam amino yang bersifat asam. b). Domain yang kaya akan glutamin, misalnya Sp1 yang mengandung sekitar 25% glutamin. c). Domain yang kaya akan prolin, misalnya adalah aktivator CTF yang mempunyai domain berupa 84 asam amino yang 19 diantaranya terdiri atas prolin

3.    Domain Dimerisasi

Beberapa protein membentuk dimer, baik dalam bentuk homodimer (dua monomer yang identik menjadi satu) atau dalam bentuk heterodimer (dua monomer yang berbeda menjadi satu). Protein-protein yang membentuk dimer semacam ini mempunyai daerah (domain) yang merupakan tempat pengikatan antara satu monomer dengan monomer yang lain. daerah inilah yang disebut dengan domain dimerasasi. Domain semacam ini misalnya terdapat pada monomer protein Gal14 yang membentuk dimer berupa gulungan. Aktivator ini mempunyai domain pengikat DNA yang dihubungkan dengan modul dimerasasi melalui domain penghubung.

A.    Pengendalian Ekspresi Gen Kelas I

Gen kelas I adalah gen-gen yang mengkode sintesis rRNA. Laju sintesis rRNA berkatan dengan pertumbuhan dan perkembangan sel. Faktor-faktor yang mempengaruhi perbedaan laju sintesis tersebut antara lain adalah:

  1. Jumlah enzim RNA polimerase
  2. Arah fosforilasi RNA polimerase
  3. Jumlah dan aktivitas faktor transkripsi

Sintesis rRNA tidak dikendalikan pada arah yang sama pada tiap sel atau organisme. Pada sintesis rRNA pada Achantamoeba castellani, jika sel yang sebelumnya ditumbuhkan dalam medium kaya kemudian dipindahkan ke medium minimal, maka laju sintesis 39S rRNA turun, sedangkan jumlah RNA polimerase I dan faktor transkripsinya tetap. Meskipun demikian, ekstrak sel Achantamoeba yang diisolasi pada kisaran waktu yang berbeda selama pembentukan kista (cyst) menunjukkan kehilangan secara progresif kemampuan untuk melakukan transkripsi rRNA secara in vitro.  Hal ini, terjadi karena adanya perubahan RNA polimerase I  di dalam kista sehingga menjadi lebih termolabil meskipun tidak ada perubahan komposisi subunitnya. Penurunan kemampuan ini dapat diatasi dengan menambahkan RNA polimerase I dari sel-sel vegetatif.

Selain karena adanya perubahan termolabilitas RNA polimerase I, regulasi gen kelas I juga dapat terjadi karena perbedaan dalam pemrosesan prekursor rRNA (pre-rRNA). Contoh, laju sintesis pre-RNA pada bermacam-macam jaringan sel mamalia secara umum sama tetapi berbeda dalam hal pemrosesannya jika jaringan liver diambil, proses regenarasi dan jumlah ribosomnya meningkat tetapi sintesis per-rRNA tetap. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan dalam pemrosesan pre-rRNA

B. Pengendalian Ekspresi Gen Kelas II

Pengendalian gen kelas II dapat terjadi pada beberapa aras, yaitu:

  1. Aras metabolisme mRNA
  2. Aras translasi mRNA menjadi polipeptida
  3. Aras pasca-translasi

Pada aras metabolisme ini, pengendalian dapat terjadi pada saat sintesis transkrip (mRNA), penggunaan transkrip primer, atau pada saat ada proses stabilisasi/destabilisasi  mRNA.

Pada saat berlangsung sintesis mRNA, pengendalian ekspresi genetik dapat berupa aktivasi atau represi transkripsi yang umumnya melibatkan suatu sirkuit pengendalian yang kompleks. Dalam beberapa sistem, perbedaan dalam penggunaan transkrip primer, yang dimanifestasikan dalam bentuk pemrosesan yang berbeda, dapat menghasilkan transkrip berbeda yang jika ditranslasikan akan menghasilkan polipepetida yang berbeda.

Salah satu contoh model regulasi ekspresi gen kelas II yaitu mekanisme regulasi gen GAL pada khamir Saccharomyces cereviceae. Gen GAL adalah serangkaian gen yang bertanggung dalam metabolisme galaktosa. Sistem regulasi gen GAL melibatkan suatu sirkuit yang terdiri atas aktivasi dan represi transkripsi. Sirkuit ini melibatkan produk ekspresi gen-gen yang terletak pada kromosom yang berbeda. Secara umum, regulasi ekspresi gen-gen Gal ditentukan oleh dua protein utama, yaitu protein Gal4 (dikode oleh gen GAL4 yang terletak pada kromosom XVI), dan protein Gal80. Protein Gal4 berperan sebagai aktivator transkripsi gen-gen GAL2, GAL7, GAL 10, dan MEL1, sedangkan protein Gal80 berperan sebagai represor yang mengeblok protein Gal4 sehingga Gal4 tidak dapat menjalankan fungsinya  sebagai aktivator transkripsi.

Jika protein Gal4 dalam keadaan bebas maka protein ini akan mengaktifkan gen-gen GAL1, GAL7, dan GAL10 (yang terletak pada kromosom II), gen GAL2 (pada kromosom XII), dan gen MEL1. Jika khamir S.cereviceae ditumbuhkan dalam medium yang mengandung glukosa dan galaktosa, maka glukosa akan berperan sebagai ko-reproser yang akan menekan masuknya galaktosa dari luar sel. Keadaan ini menyebabkan tidak dapat disintesisnya induser. Meskipun, di dalam sel sudah ada induser, maka glukosa akan mengeblok induser. Sebaliknya, jika khamir ditumbuhkan dalam medium yang hanya mengandung galaktosa, maka gen GAL3 akan diekspresikan untuk menghasilkan enzim yang akan membentuk produk metabolik galaktosa yang dapat berfungsi sebagai induser. Induser berperan untuk mengeblok Gal80 sehingga protein ini tidak dapat menghalangi protein Gal4 untuk mengaktifkan rangkaian gen GAL jika di dalam medium pertumbuhan tersebut ada glukosa dan galaktosa, maka glukosa menghalangi pembentukan induser atau mengeblok induser sehingga induser tidak dapat mengeblok Gal80. Dalam keadaan demikian maka Gal80 akan bebas sehingga dapat mengeblok protein Gal4

C. Pengendalian Ekspresi Gen Kelas III

Gen kelas III adalah gen yang mengkode sintesis tRNA dan 5S rRNA. Salah satu model pengendalian ekspresi gen kelas III yang diketahui adalah regulasi sintesis 5S rRNA selama proses oogenesis dan embriogenesis pada Xenopus laevis. Pada jasad ini ada 2 tipe gen 5S rRNA, yaitu gen 5S somatik dan 5S pada oosit. Dalam sel-sel somatik terdapat beberapa ratus kopi gen 5S (pergenom haploid) yang tersebar di daerah telomer pada beberapa kromosom. Laju sintesis 5S rRNA berbeda antara sel-sel somatik dengan sintesis 5S rRNA pada oosit. Gen 5S somatim diketahui juga ditranskripsi di oosit pada aras yang tidak terlalu tinggi, yaitu kurang dari 10% dari 5S RNA total, tetapi gen tersebut tetap aktif selama sel somatik masih hidup. Sebaliknya gen 5S oosit hanya ditranskripsi di oosit. Transkripsi gen tersebut mencapai aras maksimal di dalam oosit yang masih muda dan akan menurun sejalan dengan semakin tuanya oosit.

Transkripsi gen 5S oosit tidak terdeteksi pada saat embriogenesis maupun di dalam sel somatik. Penelitian menunjukkan bahwa faktor kunci yang menyebabkan perbedaan dalam pengendalian ekspresi gen 5S rRNA tersebut adalah faktor transkripsi TFIIIA. Diketahui TFIIIA mempunyai daya ikat (affinity) yang lebih besar terhadap gen 5S somatik daripada gen 5S oosit. Selain itu juga diketahui bahwa TFIIIA berikatan dengan 5S rRNA untuk membentuk partikel berukuran 7S.

Pada awal proses oogenesis, molekul TFIIIA tersedia dalam jumlah banyak sehingga terjadi akumulasi 5S rRNA. Keadaan ini akhirnya menyebabkan terjadinya proses autoregulasi karena molekul 5S rRNA berikatan dengan TFIIIA. Ikatan antara TFIIIA dengan 5S rRNA menyebabkan TFIIIA tidak tersedia lagi untuk proses transkripsi gen 5S berikutnya. Selain itu, dengan semakin tuanya oosit maka terjadi penurunan aras mRNA yang mengkode TFIIIA sehingga molekul TFIIIA hasil translasi mRNA juga berkurang. Pada keadaan ini molekul TFIIIA yang ada mempunyai kecenderungan untuk berikatan 5S somatik sehingga faktor transkripsi ini tidak tersedia untuk proses transkripsi gen 5S rRNA pada oosit. Akibatnya, gen 5S rRNA pada oosit tidak dapat transkripsi lagi

Pengendalian Ekspresi Genetik Pasca Transkripsi

Pengendalian ekspresi genetik juga terjadi pada saat transkripsi telah selesai dilakukan. Salah satu aspek pengendalian ekspresi genetik pasca transkripsi adalah pengendalian stabilitas mRNA. Salah satu contoh mengenai hal ini adalah stabilitas mRNA kasein. Jika jaringan glandula mammae dikultur dan distimulasi dengan prolaktin, maka jaringan tersebut akan menghasilkan protein susu kasein. Diketahui bahwa konsentrasi mRNA meningkat seiring  dengan peningkatan konsentrasi kasein yaitu sekitar 20 kali dalam waktu 24 jam setelah perlakuan dengan hormon prolaktin. Meskipun demikian, hal ini tidak berarti bahwa laju sintesis mRNA kasein meningkat sebanyak 20 kali karena pada kenyataannya hanya meningkat 2-3 kali. Peningkatan konsentrasi kasein lebih disebabkan oleh peningkatan stabilitas mRNA.

Regulasi Faktor Transkripsi

Faktor transkripsi adalah protein yang berperanan di dalam pengaturan ekspresi. Oleh karena itu, faktor transkripsi juga mengalami regulasi yang dapat memengaruhi aktivitasnya. Faktor transkripsi dapat diatur melalui beberapa macam cara, antara lain (Yuwono, 2008):

  1. Regulasi temporal, misalnya gen c-fos, c-jun, dan egr-1 adalah gen-gen yang mengkode faktor transkripsi yang diatur secara temporal oleh jalur transduksi sinyal (signal transduction pathway). Beberapa faktor yang dapat mengatur ekspresi faktor-faktor transkripsi tersebut antara lain adalah pengikatan nitrogen atau faktor diferensiasi, impuls saraf, dan kerusakan fisik.
  2. Regulasi dengan pengikatan ligan. Anggota reseptor hormon steroid adalah contoh faktor transkripsi yang aktivitasnya diatur oleh ligan eksternal. Jika tidak ada ligan, maka faktor transkripsi tersebut menjadi suatu kompleks yang tidak aktif dan berikatan dengan protein heat-shock hsp90. Dengan adanya ligan,faktor-faktor transkripsi tersebut akan berdisosiasi dari hsp90, membentuk dimer dan akhirnya dapat mengaktifkan gen-gen yang menjadi target.
  3. Regulasi dengan sequestration. Protein NFk-B adalah contoh faktor transkripsi yang diatur dengan mekanisme sequestration (pengasingan) yaitu dengan diikatkan pada protein sitoplasma IkB. Fosforilasi terhadap protein IkB oleh protein kinase C dapat menyebabkan kompleks NFk-B-IkB terdisosiasi sehingga menyebabkan NFk-B menjadi aktif.
  4. Regulasi dengan modifikasi pasca-translasi. Beberapa faktor transkripsi diketahui diatur aktivitasnya dengan mekanisme yang terjadi setelah translasi.  Proses regulasi yang terjadi dapat berupa fosforilasi atau glikosilasi. Sebagai contoh, faktor transkripsi CREB difosforilasi oleh protein kinase PKA yang tergantung pada cAMP. Fosforilasi tersebut menyebabkan pembentukan dimer protein CREB yang bersifat aktif. Selain itu, juga ada mekanisme glikosilasi, yaitu penambahan gugus karbohidrat pada struktur  protein.
  5. Regulasi dengan pengeblokan tempat ikatan pada DNA. Faktor transkripsi NF-E adalah contoh faktor transkripsi yang dapat melekat pada kotak CCAAT pada gen y pada manusia dan dapat berkompetisi dengan faktor transkripsi lain, y itu CP1 yang juga melekat pada kotak CCAAT. Kompetisi semacam ini dapat memengaruhi aktivitas faktor transkripsi.
  6. Regulasi dengan pengeblokan aktivitas. Aktivitas suatu faktor transkripsi juga dapat ditekan oleh protein lain yang mengeblok domain aktivasinya, misalnya faktor transkripsi Gal4 pada Saccharomyces cereviceae dapat ditekan aktivitasnya oleh protein Gal80.
  7. Regulasi dengan mekanisme silencing. Silencer adalah suatu sekuens yang berperanan sebagai faktor pengendali negatif ekspresi  suatu gen. Sebagai contoh, pada khamir S.cereviceae ada elemen silencer yang dapat menekan aktivitas gen yang bertanggung jawab dalam perubahan tipe kawin (mating type) yaitu gen HMR dan HML.

TULISAN INI DISUSUN OLEH ASRIANTY MAS’UD S.Si

About these ads
 
5 Komentar

Posted by pada 25 April 2011 in Biomolekuler

 

Tag: , ,

5 responses to “Regulasi Ekspresi Genetik pada Eukaryotik

  1. NURFATHURRAHMAH

    25 April 2011 at 11:06 AM

    mkch k…..dek tnggu artikel slnjutx…….

     
  2. Qieyyah

    7 Juni 2012 at 2:58 AM

    makaciiii banget. izin copas ya..

     
  3. kaZmant

    30 September 2012 at 12:29 PM

    mkasi kak atas bahan ajarnya,,,,,,,

     

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 1.161 pengikut lainnya.

%d bloggers like this: