RSS

Transposisi

08 Mei

Transposisi adalah suatu proses perpindahan elemen genetik dari satu lokus dalam suatu kromosom, plasmid, atau genom virus, ke bagian lain kromosom yang sama, atau bahkan ke suatu lokus dalam kromosom lain (Yuwono, 2005: 245).

Kebanyakan gen terletak pada sebuah lokus atau posisi spesifik pada kromosom. Akan tetapi, sejumlah gen atau set gen yang teratut erat bisa memerantai pergerakannya sendiri dari satu lokasi ke lokasi lain. Gen tersebut juga bisa terdapat dalam banyak salinan (terkadang ratusan atau ribuan) yang tersebar di sepanjang genom. Unsur-unsur tersebut telah diberi berbagai sebutan, yaitu “gen melompat”, “elemen bergerak (mobile)”, “sekuens insersi”, “kaset”, dan “transposon” (Elrod, S. dan Stansfield, W, 2007).

Transposon merupakan elemen genetik yang berpindah dapat berupa satu gen atau beberapa gen yang bertaut (linkage) sehingga disebut juga elemen genetik yang dapat bertransposisi (transposable genetic elements) atau unsure transposable (Yuwono, 2005: 245). Transposon disebut juga dengan gen loncat (jumping genes), elemen genetik bergerak (mobile genetic element), sekuensi insersi, dan kaset (Addy, 2009).

Elemen genetik yang dapat bertransposisi tersebut ditemukan baik dalam prokaryot, eukaryot, maupun dalam bakteriofag. Semua transposon membawa kode genetik untuk satu atau lebih dari satu protein yang diperlukan untuk transposisi. Di samping itu, beberapa transposon juga membawa gen lain yang menghasilkan fenotipe tertentu, misalnya ketahanan terhadap antibiotik tertentu (Yuwono, 2005: 245).

Dalam beberapa hal, proses transposisi mirip dengan proses rekombinasi khusus, yaitu melibatkan proses pemotongan untai DNA baik pada molekul DNA donor maupun DNA target pada tempat khusus. Proses tersebut kemudian diikuti dengan penggabungan ujung-ujung transposon ke molekul DNA target yang sudah terpotong. Walaupun demikian, ada perbedaan mendasar antara proses transposisi dengan proses rekombinasi khusus. Ciri penting transposisi adalah proses transposisi tidak tergantung pada ada atau tidaknya hubungan antara urutan nukleotida pada DNA donor dengan DNA target, baik hubungan fungsional maupun, misalnya, hubungan asal-usul. Dalam proses rekombinasi khusus, pemotongan dan penyambungan molekul DNA donor dan DNA target tidak disertai dengan sintesis molekul DNA baru. Sebaliknya, proses transposisi melibatkan sintesis molekul DNA baru yang dikendalikan oleh sistem reparasi atau replikasi. Selain itu, selama transposisi, molekul DNA donor tidak disusun kembali seperti bentuk tipe alami pra-transposisi (Yuwono, 2005: 247).

Transposisi dapat menyebabkan terjadinya penyusunan kembali (rearrangement) genom suatu jasad. Hal ini dapat terjadi, misalnya karena ada dua duplikat (copy) transposon yang sama pada lokasi kromosom yang berbeda sehingga dapat menyebabkan terjadinya rekombinasi antarduplikat transposon tersebut. Rekombinasi semacam itu dapat membawa implikasi terjadinya delesi, penyisipan, inversi, atau translokasi. Transposisi mempunyai peranan dalam proses evolusi beberapa plasmid bakteri. Sebagai contoh, integrasi plasmid F yang berasal dari E. coli ke dalam kromosom bakteri seringkali terjadi melalui proses rekombinasi antara suatu transposon yang ada di dalam plasmid dengan transposon yang homolog di dalam kromosom bakteri (Yuwono, 2005: 247).

Gambar Transposisi (Gerakan Transposon)

McClintock menemukan bahwa transposon bertanggung jawab untuk berbagai jenis mutasi gen, biasanya berupa:

  • penyisipan,
  • penghapusan, dan
  • translokasi (Kimbal).

Perubahan dalam genom bisa, misalnya, menyebabkan perubahan warna biji jagung. Sekitar 50% dari total genom jagung terdiri dari transposon (elemen Ac/Ds). Pada bakteri, ditemukan elemen IS yang pertama kali ditemukan pada gen Escherichia coli oleh James Shapiro pada tahun 1968. Dirangsang oleh laporan Shapiro tersebut, tindak lanjut penelitian biologi molekular tentang keterlibatan dalam berbagai fenomena transposon DNA mobile terkait pada bakteri, tanaman, dan serangga. Penemuan Barbara McClintock yang sebelumnya pada jagung diberi pengakuan yang luas di antara ahli biologi. Akhirnya, McClintock memperoleh pengakuan berupa penghargaan Nobel di bidang Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1983. Jadi, butuh waktu sekitar 40 tahun bagi para ilmuwan lain untuk sepenuhnya menghargai pentingnya penemuan McClintock.

Dalam mengembangkan jaringan somatik seperti biji jagung, mutasi yang mengubah warna akan diteruskan ke semua sel keturunan. Ini menghasilkan pola beraneka ragam yang begitu dihargai di “jagung India” (Kimbal). Satu keluarga transposon pada lalat buah Drosophila melanogaster disebut unsur P. transposon tampaknya memiliki pertama kali muncul di satu-satunya spesies di pertengahan abad kedua puluh. Dalam 50 tahun, mereka telah menyebar melalui setiap populasi spesies. P buatan elemen dapat digunakan untuk menyisipkan gen ke Drosophila dengan menyuntikkan embrio (Kimbal).

Pada masa kini, transposon dianggap sebagai relik (peninggalan) evolusi dari masa lalu dan dianggap sebagai sisa-sisa virus yang telah terintegrasi ke dalam genom suatu organism (Citizendium). Pada mulanya, transposon diduga sebagai fragmen yang tidak berguna atau disebut “sampah” DNA dan “egois” DNA hingga akhirnya diketahui bahwa transposon ternyata memiliki peranan penting dalam perkembangan organism (Addy, 2009).  “Sampah” DNA karena tidak ada manfaat yang jelas bagi inang mereka. Sedangkan, “egois” DNA karena transposon tampaknya hanya berfungsi untuk membuat salinan bagi diri mereka sendiri (Jkimball: 2010).

Yuwono (2005: 258) mengatakan bahwa transposon mempunyai peranan penting dalam evolusi dan organisasi genom jasad hidup. Pada beberapa jasad, misalnya jagung, transposon terkonsentrasi pada daerah DNA di antara gen yang secara total meliputi lebih dari setengah (50%) genom jagung. Pada Drosophila, transposon terdapat pada heterokromatin maupun eukromatin dan diketahui ada sekitar 90 famili transposon pada genom Drosophila. Pada Drosophila, transposon diketahui terlibat dalam proses evolusi genom melalui proses penyusunan ulang genom (genom rearrangement).

Transposon juga diketahui sebagai salah satu penyebab terjadinya mutasi pada banyak organisme. Misalnya, pada Drosophila, mutasi pada gen white (bertanggung jawab pada pembentukan warna mata) disebabkan oleh penyisipan beberapa macam transposon. Penyebaran elemen transposon yang luas pada genom jasad memberikan gambaran bahwa elemen genetik tersebut mempunyai peranan dalam proses evolusi jasad hidup (Yuwono, 2005: 258).

Berdasarkan mekanisme perpindahan (transposisi), transposon dapat di kelompokkan menjadi tiga kategori, yaitu transposon potong-tempel, transposon repliktif, dan retrotransposon.

Transposon potong-tempel

Transposon potong-tempel (cut-and-paste transposon) dapat berpindah dari satu lokus ke lokus lain dengan cara dipotong dari satu lokus pada kromosom dan ditempelkan pada lokus lain yang dapat terletak pada kromosom yang berbeda (Yuwono, 2005).

Transposon replikatif

Transposon replikatif (replicative transposon) mengalami transposisi dengan melibatkan proses replikasi elemen DNA transposon. Enzim transposase yang dikode oleh elemen genetik tersebut berperan di dalam proses interaksi dengan sisi tempat penyisipan transposon. Dalam interaksi tersebut, elemen DNA transposon direplikasi dan salah satu turunan (copy) disisipkan pada sisi baru, sedangkan elemen DNA aslinya tetap berada di sisi semula (Yuwono, 2005).

Retrotransposon

Retrotransposon disebut juga jenis transposon kelas I yang dapat digambarkan sebagai copy and paste. Retrotransposon menyalin dirinya dalam dua tahap, pertama dari DNA ke RNA dengan transkripsi. Kemudian, dari RNA kembali ke DNA oleh transkripsi balik. Salinan DNA ini kemudian dimasukkan ke genom pada posisi baru. Transkripsi balik dikatalisis oleh enzim transkriptase yang sering dikodekan oleh transposon sendiri (Anonim, 2009).

Menurut Yuwono (2005) bahwa retrotransposon dapat mengalami trasposisi dengan cara melakukan proses transkripsi balik (reverse transcription) untuk mengubah elemen genetik berupa RNA menjadi DNA. Proses ini dikatalisis oleh enzim transkriptase balik (reverse transcriptase). Setelah DNA terbentuk, dilakukan penyisipan ke dalam sisi target. Beberapa elemen genetik yang mengalami transposisi dengan cara ini mempunyai kaitan dengan retrovirus sehingga transposon semacam ini sering disebut elemen yang mempunyai retrovirus (retrovirus-like elements).

Mekanisme transposisi pada prokaryot

Mekanisme transposisi secara detail sampai saat ini belum diketahui dengan jelas. Namun, pada prokaryot, misalnya E. coli, transposisi terjadi melalui dua cara, yaitu replikatif dan konservatif (nonreplikatif) (Yuwono, 2005).

Mekanisme transposisi beberapa transposon dapat dilihat pada Tabel  berikut ini.

Penggolongan transposon berdasarkan mekanisme transposisi

Kategori                                 Contoh Transposon                          Organisme
I. Transposon                          * Elemen IS (Insertion sequence,        Bakteri

potong-tempel                        misalnya: IS50)

* Transposon komposit                       Bakteri

(misalnya: Tn5)

* Elemen Ac/Ds                                  Jagung

* Elemen P                                          Drosophila

                                                * Elemen mariner                               Drosophila

* Elemen hobo                                    Drosophila

* Elemen Tc1                                      Nematoda

II. Transposon replikatif         Elemen Tn3                                         Bakteri

III. Retrotransposon

  1. Elemen serupa             * Ty1                                                   Khamir

retrovirus (disebut          * copia                                                 Drosophila

juga long terminal       * gypsy                                                Drosophila

               repeat, LTR).

  1. Retroposon                  * Elemen F, G, dan I                          Drosophila

                                              * Retroposon yang spesifik                   Drosophila

pada telomer

* LINE (misalnya L1)                         Manusia

* SINE (misalnya Alu)                        Manusia

Sumber: Snutad & Simmons, 2003 dalam Yuwono, 2005.

 Transposisi secara replikatif akan dibentuk duplikat elemen transposon pada tempat yang baru dan satu duplikat transposon pada tempat yang lama. Sedangkan, transposisi secara konservatif tidak terjadi replikasi sehingga disebut nonreplikatif, transposisi terjadi dengan cara pemotongan elemen transposon dari kromosom atau plasmid dan transposon tersebut kemudian diintegrasikan ke tempat yang baru (Yuwono, 2005).

Transposisi secara replikatif ada dua model antara dua plasmid, yaitu model simetris (model Shapiro) dan model asimetris. Model tranpososisi secara simetris, yaitu tranpososisi terjadi melalui pembentukan elemen genetik lingkar yang merupakan gabungan antara kedua plasmid (cointegrate) dan mengandung dua duplikat tranpososon dengan orientasi yang sama. Cointegrate tersebut kemudian akan diuraikan lebih lanjut sehingga akan dihasilkan dua elemen plasmid baru yang masing-masing akan mengandung satu tranpososon. Dalam model ini, pembentukan cointegrate merupakan suatu keharusan. Sebaliknya, menurut asimetris, pembentukan cointegrate tidak merupakan keharusan namun hanya merupakan salah satu kemungkinan hasil antara yang dapat terjadi. Tranpososisi secara replikatif tersebut dapat terjadi misalnya pada bakteriofag Mu dan Tn3 (Yuwono, 2005).


Gambar Mekanisme Transposisi secara Replikatif pada Tn3

Gambar Mekanisme Transposisi secara Nonreplikatif

Transposon pada manusia

            Hasil penentuan urutan nukleotida (DNA sequencing)  kromosom manusia menunjukkan bahwa paling tidak sekitar 44% DNA manusia berasal dari elemen transposon, termasuk elemen yang menyerupai virus (8% dari genom yang sudah disekuen), retroposon (33%), dan beberapa family transposon yang mengalami transposisi dengan mekanisme potong tempel (3%). Salah satu transposon yang dominan adalah elemen1 (retroposon) yang merupakan sekuens kelompok LINE (long interspersed nuclear element). Elemen L1 yang lengkap berukuran sekitar 6 kb, mempunyai promoter internal yang ditanskripsi oleh RNA polymerase II, dan mempunyai dua ORF, yaitu ORF1 (mengkode protein pengikat DNA) dan ORF2 (mengkode endonuklease dan transcriptase balik) genom manusia mengandung sekitar 3.000 sampai 5.000 elemen L1 yang lengkap. Selain itu, ditemukan juga ada sekitar 500.000 elemen L1 yang tidak lengkap karena terpotong ujung 5’ sehingga tidak mampu ditransposisi (Yuwono, 2005).

            Elemen L1 merupakan retroposon yang otentik. Transposisi elemen ini melibatkan proses transkripsi elemen L1 menjadi RNA yang kemudian diikuti dengan proses transkripsi balik menjadi DNA. Kedua proses tersebut terjadi di dalam nukleus, meskipun sebelum ditranskripsi balik elemen tersebut ditransfer ke sitoplasma untuk ditranslasi menjadi polipeptida yang terikut sampai ke dalam nukelus. Endonuklease yang dikode oleh ORF2 berfungsi untuk mengkatalisis pemotongan DNA untai ganda pada sisi yang prospektif untuk digunakan sebagai tempat penyisipan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah elemen L1 yang aktif mengalami transposisi hanya sedikit. Selain itu, juga diketahui bahwa beberapa penyakit pada manusia disebabkan oleh mutasi karena penyisipan oleh elemen L1. Misalnya, mutasi pada gen faktor VIII yang menyebabkan hemophilia. Genom manusia juga mengandung elemen LINE yang lain, yaitu L2 (315 kopi), dan L3 (37.000 kopi) (Yuwono, 2005).

            Elemen lain selain LINE yang juga banyak terdapat pada genom manusia adalah SINE (short interspersed nuclear element) yang berukuran sekitar 400 pasang nukleotida dan tidak mengkode suatu protein. SINE mengalami transposisi melalui proses transkripsi balik. Enzim yang digunakan untuk proses transkripsi balik (enzim transcriptase balik) tersebut tampaknya disintesis dari elemen LINE. Dengan demikian, proses perbanyakan SINE tergantung pada elemen LINE. Genom manusia mengandung tiga famili SINE, yaitu elemen Alu, MIR, dan Ther2/MIR3 meskipun yang mengalami transposisi secara aktif hanya elemen Alu (Yuwono, 2005).

            Genom manusia mengandung lebih dari 400.000 sekuens yang berasal dari elemen yang menyerupai virus. Seperti halnya elemen LINE dan SINE yang tidak aktif, hampir semua elemen yang menyerupai virus pada genom manusia merupakan “fosil genetik” (Yuwono, 2005).

 




 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 8 Mei 2011 in Biomolekuler

 

Tag: , , , , , ,

Tinggalkan Balasan

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

Logo WordPress.com

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

Gambar Twitter

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

Foto Facebook

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

Foto Google+

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

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: