Muhamad Arif Affandi's blog

Just another weblog

Kontrol Transkripsi Gen Pada Eukariot

Posted by MUHAMAD ARIF AFFANDI on February 23rd, 2013

Pada prokariot, holoenzim RNA polymerase dengan faktor sigma yang mengenali promoter umumnya aktif, melakukan transkripsi pada jumlah yang tinggi; repressor dibutuhkan untuk menghambat transkripsi. Pada eukariot, sebuah holoenzim RNA polymerase dengan TFIID pengenal promoternya, umumnya tidak aktif; membutuhkan akses terhadap promoter, yang biasanya terbungkus nukleosom dan membutuhkan faktor transkripsi spesifik untuk menjadi aktif. Oleh sebab itu, meskipun perangkat transkripsi eukariot dan prokariot pada dasarnya sama, inti dari transkripsi prokariot adalah aktivitas sedangkan inti dari transkripsi pada eukariot adalah inaktivitas. Sebagai tambahan genom eukariot umumnya tidak memiliki operon, meskipun begitu, grup dari gen eukariot yang termasuk dalam satu jalur dapat diinduksi secara simultan menggunakan enhancer umum yang dapat merespon pada faktor transkripsi spesifik yang sama. Grup gen yang demikian seringkali disebut sebagai synexpression group.

Pemodelan Ulang Kromatin

Agar transkripsi dapat berlangsung pada eukariota, DNA harus berada dalam keadaan supaya kompleks inisiasi dapat terbentuk dengan RNA polymerase dan faktor transkripsinya. Apabila DNA berada dalam bentuk kromatin, maka ia tidak dapat diakses untuk terbentuknya kompleks inisiasi, namun dapat diakses oleh protein pengaktif transkripsi, atau sering disebut sebagai faktor transkripsi (sebagai pembanding dengan faktor transkripsi umum dari RNA polymerase). Sebuah model inisiasi transkripsi gen dimana promoter terbungkus dalam nukleosom adalah dimana faktor transkripsi spesifik berperan untuk merekrut Chromatin Remodeling Proteins. Terdapat dua kelas dari protein yang merombak kromosom; histon asetil transferase dan protein perombak kromatin tergntung ATP seperti kompleks SWI / SNF pada ragi. Dengan demikian, kehadiran satu atau lebih faktor transkripsi spesifik dapat memulai proses transkripsi dengan merekrut protein remodeling kromatin yang memungkinkan akses RNA polimerase ke promotor. Dengan demikian, kehadiran satu atau lebih faktor transkripsi spesifik dapat memulai proses transkripsi dengan merekrut protein remodeling chromatin yang memungkinkan akses RNA polimerase ke promotor.

Faktor Transkripsi Spesifik

Protein yang mengerahkan kontrol atas transkripsi pada promotor spesifik adalah faktor transkripsi spesifik. Protein ini umumnya memiliki dua domain: domain yang mengenali urutan DNA speisfik, dan domain lain yang mengenali protein, seperti protein dalam kompleks pra-inisiasi. Dengan demikian, protein ini mengenali sinyal di sekitar promotor gen, berikatan di sana, dan memulai transkripsi. Kini, kita yakin bahwa mayoritas faktor transkripsi spesifik bertindak dengan mengerahkan komponen – komponen holoenzim RNA polimerase. Dengan demikian, pengikatan faktor transkripsi tertentu pada promotor adalah langkah pertama dalam pembentukan kompleks pra-inisiasi pada promotor gen. Bebrapa protein pengaktif transkripsi juga mengerahkan protein perombak kromatin.

Contoh dari faktor transkripsi spesifik adalah  Dorsal, produk dari gen dorsal pada lalat buah, aktif dalam perkembangan. Dorsal mengontrol transkripsi beberapa gen pada beberapa tingkat konsentrasi protein. Kemampuan untuk memiliki efek yang berbeda pada konsentrasi yang berbeda sangat penting, memungkinkan gradien dari protein yang sama untuk mengontrol ekspresi gen yang berbeda. Satu gen yang mengontrol Dorsal adalah rhomboid, yang memiliki tiga lokasi di promotornya dimana Dorsal berikatan untuk memulai transkripsi. Gen lain, twist, juga memiliki tiga situs di promoternya yang mengikat Dorsal, juga memulai transkripsi. Bagaimanapun, situs rhomboid lebih efisien dalam mengikat Dorsal, dengan demikian rhomboid ditranskripsi pada konsentrasi Dorsal yang lebih rendah daripada twist. Satu sinyal lain dalam kontrol transkripsi yang menarik saat ini adalah metilasi.

Metilasi DNA

Pentingnya metilasi dalam interaksi DNA-protein telah dikenal dengan baik. Sekuens DNA tertentu dapat dilindungi dari pemotongan oleh endonuklease jika dimetilasi. Sebagian kecil residu sitosin yang dimetilasi pada banyak organisme eukariotik terutama di urutan CpG; 80% dari sitosin dalam urutan CpG dalam DNA manusia termetilasi. Sering kali, ketika kita merujuk ke urutan dua basa pada untai DNA yang sama, kami menempatkan “p” antara keduanya -CpG- untuk menunjukkan bahwa keduanya berada pada untai yang sama dihubungkan oleh ikatan fosfodiester dan bukan pada dua untai yang berbeda sebagai pasangan basa berikatan hidrogen. Derajat metilasi DNA berkaitan dengan pembungkaman gen. Gen yang tidak aktif dalam satu jenis sel tetapi aktif di sel lain, atau gen yang tidak aktif pada satu tahap peerkembangan namun aktif di tahap lain, biasanya kurang termetilasi ketika ketika aktif dan lebih termetilasi saat tidak aktif.

Misalnya, adenovirus, virus penyebab kanker, telah diamati di banyak galur sel eukariotik. Pada banyak galur di mana DNA adenovirus telah terintegrasi ke dalam kromosom inang, gen virus dimatikan. Gen ini sangat termetilasi pada situs CCGG mereka atau situs GCGC. Selain itu, bahan kimia yang mencegah metilasi sering mengaktifkan gen yang sebelumnya tidak aktif. Sebagai contoh, 5-azacytidine menghambat metilasi; gen kromosom X, yang biasanya dinonaktifkan, dapat diaktifkan kembali dengan terapi menggunakan 5-azacytidine. Ada banyak contoh lain berbagai aktivasi gen setelah terapi dengan bahan kimia ini. Gen yang telah diaktifkan kekurangan sitosin termetilasi yang sebelumnya termetilasi. Akhirnya, ada kemungkinan bahwa metilasi DNA dapat mempengaruhi pola struktur kromatin. Ada indikasi bahwa metilasi itu sendiri tidak mencegah transkripsi, melainkan menjadi sinyal untuk aktivitas transkripsi. Pada tanaman Arabidopsis thaliana, protein yang disebut Mom (dari Morpheus molecule), telah diketahui bahwa ketika bermutasi, menghasilkan gen yang memiliki tingkat metilasi besar tapi secara aktif ditranskripsi.

Dengan demikian, tingkat metilasi dapat dipisahkan dari aktivitas transkripsi gen, meskipun keduanya biasanya terjadi bersama-sama. Bukti dari Arabidopsis ini menjadi model yang baik dalam studi tentang peran metilasi dalam aktivasi transkripsi karena organisme model umum lainnya, yaitu lalat buah, ragi, dan nematoda, Caenorhabditis elegans, tidak memiliki metilasi pada DNA mereka. Lebih lanjut, telah ketahui peran metilasi dalam mengontrol ekspresi gen oleh penemuan Z DNA dan fakta bahwa Z DNA dapat distabilkan dengan metilasi. Pengamatan ini telah menuntun ke dalam model regulasi transkripsi didasarkan pada struktur DNA alternatif. Urutan (seperti pengulangan CpG) yang bisa berada sebagai Z DNA berubah menjadi DNA B ketika sedang ditranskrip. Jika gen tersebut akan dimatikan, urutan CpG DNA dikonversi ke model Z yang stabil dengan metilasi, yang kemudian menghlangi kemungkinan terjadinya transkripsi. Ini telah memunculkan minat baru dengan penemuan enzim terbaru, double stranded RNA deaminase adenosin (ADAR1), yang mengikat urutan DNA Z.

Artikel ini adalah kutipan dari buku Principles of Genetics, 5th edition, karya Robert H. Tamarin, yang diterbitkan oleh McGraw-Hill Companies, tahun 2001.

Posted in Genetika Molekuler | No Comments »