REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARYOT

REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARYOT • Morfologi dan fungsi berbagai tipe sel organisme tingkat tinggi berbeda, misalnya: neuron mamalia berbeda dengan limfosit, tetapi genomnya sama • Difenrensiasi sel sifatnya ireversibel (kekal), dan terdapat perbedaan yang nyata antar sel dari organ yang berbeda, maka timbul hipotesis: proses diferensiasi sel menyebabkan beberapa gen dari genom sel hilang • Bukti saat ini: genom sel tetap, diferensiasi sel menyebabkan perbedaan dalam ekspresi gen • Perbedaan antar sel: perbedaan RNA dan protein, bukan DNA • Bukti bahwa genom tetap selama diferensiasi sel: 1. Katak: Sel telur + inti sel kulit Æ berudu 2. Wortel: potongan umbi Æ tanaman utuh Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Bukti bahwa selama diferensiasi genom sel tidak berubah

Sel dari umbi wortel Æ kalus Æ jaringan Æ tanaman utuh (akar, batang, daun, umbi) Tidak ada gen yang hilang selama proses diferensiasi (spesialisasi) sel menjadi sel umbi

Inti sel kulit + sitoplasma sel telur Æ berudu Tidak ada gen yang hilang selama diferensiasi (spesialisasi) sel menjadi sel kulit

Pada organisme eukaryot, tidak semua gen diekspresikan pada satu sel, terutama untuk gen struktural Contoh: gen yang diekspresikan di sel syaraf ≠ sel otot ≠ sel hati Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Sel yang berbeda mensintesis protein yang berbeda • Diferensiasi: perbedaan antar sel • Selain perbedaan, terdapat persamaan beberapa protein diantara sel: – Protein berlimpah: protein struktural dari sitoskeleton dan kromosom, protein utama dari membran RE dan golgi, protein ribosomal – Protein tidak berlimpah: enzim yang terlibat dalam reaksi sentral metabolisme • Beberapa protein berlimpah di sel tertentu dimana protein itu berfungsi dan tidak terdeteksi di sel lainnya, misalnya: hemoglobin hanya terdapat di sel-sel darah merah. • Sebagian besar protein yang disintesis dalam jumlah berlebihan biasanya ditemukan pada berbagai jenis sel yang berbeda, misal: sel otot vs sel syaraf; sel hati vs sel paru-paru Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Kontrol ekspresi gen pada eukaryot DNA

1. Kontrol transkripsi: kapan dan berapa?

1

2. Kontrol pemrosesan RNA: Bagaimana transkrip RNA primer diproses?

Transkrip RNA primer

2

3. Kontrol transport: mRNA mana yang akan dieksport ke sitosol? 4. Kontrol translasi: mRNA mana yang akan diterjemahkan ke dalam protein oleh ribosom 5. Kontrol degradasi mRNA: beberapa mRNA didegradasi 6. Kontrol aktifitas protein: protein mengalami aktivasi/inaktivasi

mRNA

Inti sel

3 mRNA

Sitosol

4 Protein 6

5 mRNA tidak aktif

Protein tidak aktif

Kontrol transkripsi yang paling dominan mRNA sel hati ≠ mRNA sel otak Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Transkripsi in vitro “Nuclear run on” NTP 5’

Lisis 3’

DNA

Inti sel

hnRNA radioaktif

Pelacak Digunakan untuk membuat pelacak yang berupa hnRNA yang dilabel dengan radioaktif

Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Cara membuktikan adanya kontrol transkripsi


Protein pengatur gen •sekelompok protein yang dapat mengikat DNA secara spesifik •mengaktifkan atau menghambat transkripsi •jumlah: low copies/cell (1 molekul/3000 nukleosom atau 104 kopi/sel mamalia) •mengenal sekuen tertentu dari DNA (biasanya 8-15 nt) •pengikatan protein ini pada DNA dapat merangsang (regulasi positif) atau menghambat (regulasi negatif) transkripsi dari gen yang ada di dekatnya Regulasi ekspresi gen


Proses pertumbuhan dan diferensiasi sel Sebuah sel mengandung banyak protein yang saling berinteraksi untuk mengontrol ekspresi gen. Kombinasi beberapa protein Æ tipe sel yang spesifik Protein regulator dapat mengontrol ekspresi gen penyandi regulator lainnya

Pengaruh protein pengatur gen (yang baru) tergantung dari protein pengatur yang sudah ada sebelumnya


Protein master pengatur gen Tingkatan gen regulator tidak sama. Protein master pengatur gen dapat mengatur beberapa gen. Contoh: 1.Mutasi homeotik pada Drosophila: antennapedia Æ karena adanya perubahan protein tunggal (protein master) 2. Mutasi protein (tunggal) regulator (reseptor untuk hormon sterois testoteron) Æ orang XY (laki-laki) Æ menyerupai wanita


Metilasi Pada eukaryot terjadi pada basa sitosin (~ 3% sitosin mengalami metilasi) Terjadi pada CGCG atau CCGG Menghambat ekspresi gen ybs Dipertahankan pada generasi berikutnya oleh maintenance DNA methylase

Pada saat replikasi, sitosin tidak mengalami metilasi

Maintenance DNA methylase menambahkan gugus metil pada sitosin Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Metilasi (lanjutan) 1

2

Analisis metilasi DNA: Enzim restriksi 1. MspI Æ CCGG dan CC*GG 2. HpaII Æ CCGG tapi tidak CC*GG

kb 10 7

1

2

3

CCGG

CC*GG

Metilasi berperan dalam proses cancerogenesis dengan menghambat terjadinya cancer. Cancerigen (bahan carcinogenik) merupakan inhibitor bagi maintenance DNA methylase Æ ekspresi berlebihan dari suatu gen. 5-azacytidine Æ Inhibitor bagi maintenance DNA methylase Æ tumor pada tikus


Hormon Zat yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin, terlarut dalam darah, dibawa ke sel sasaran lewat aliran darah Berperan dalam regulasi sintesis protein terutama pada vertebrata (man) Mekanisme 1.Hormon yang masuk kedalam sel Larut dalam air sehingga tidak bisa melewati membran lipid dari sel (contoh: adrenalin, glukagon) Beraksi lewat perantara cAMP yang terbentuk di dalam sel (sebagai second messenger) Pada sel sasaran, hormon dikenali oleh reseptor pada membran luar sel. Interaksi hormon-reseptor Æ rentetan reaksi sehingga terbentuk cAMP. cAMP mengaktifkan serangkaian reaksi di dalam sel •Second messenger lainnya: IP3 (inositol trifosfat); DG (diacylglycerol) yang terbentuk dari PIP2 (phosphatidylinositol diphosphate)


2. Hormon yang masuk kedalam sel Larut dalam lemak Æ melewati membran sel BM kecil Hormon steroid (misal: Estrogen) Problem transport dalam darah Æ diangkut oleh transporter protein Hormon yang masuk ke dalam sel berinteraksi dengan reseptor spesifik Æ afinitas terhadap DNA Æ transkripsi (sintesis protein)


Enhancer Urutan DNA yang mempengaruhi promoter, menstimulasi ekspresi gen (~ aktivator) Karakteristik Aktif pada gen yang jauh jaraknya (ribuan nukleotida) Terletak sebelum atau sesudah gen Dapat diregulasi oleh faktor yang bisa berdisfusi Contoh: Enhancer dari gen early SV40 bila difusikan dengan gen β-globin (jarak 3 kb) Æ transkripsi β-globin meningkat 100x Regulator (aktivator)


Faktor transkripsi yang umum Transkripsi pada eukaryot lebih kompleks daripada prokaryot Transkripsi Æ polimerase eukaryot (RNA pol II) mengenali kompleks DNA-protein Bagian yang penting dari kompleks DNAprotein: faktor TATA = Transcription factor IID (TFIID) Æ protein yang mengikat TATA box (TATAAA pada –25 sampai –30) TFIID-Faktor TATA Æ aktivitas promoter, awal inisiasi sintesis RNA Semua RNA pol II mengenali promoter bila ada TFIID, sehingga TFIID merupakan perangkat yang penting bagi terjadinya transkripsi TFIID-Faktor TATA Æ stabil, sehingga dapat dibaca berulangkali oleh RNA pol II Kebanyakan fungsi aktivator pada eukaryot adalah mempertemukan faktor TATA dengan DNA promoter Suharsono. 2005. BTK505. IPB

Aktivator GAL4 Aktivator pada umumnya mempunya paling sedikit 2 domain (bagian): aktivasi dan penempelan pada DNA yang tidak saling mempengaruhi (independen) GAL4 Æaktivasi gen-gen penyandi enzim untuk konversi galaktosa menjadi glukosa Æ2 bagian

GAL4 mengikat DNA promoter untuk memudahkan TFIIB melekat dalam kompleks transkripsi Transkripsi meningkat 1000x Suharsono. 2005. BTK505. IPB

GAL4 pada Saccharomyces cereviseae


REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARYOT

Recommend Documents