REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME · PDF file · 2010-08-20–Protein berlimpah: protein struktural dari sitoskeleton dan kromosom, protein utama dari membran RE dan golgi,

Suharsono. 2005. BTK505. IPB

REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME EUKARYOT

• Morfologi dan fungsi berbagai tipe sel organisme tingkat tinggiberbeda, misalnya: neuron mamalia berbeda dengan limfosit, tetapi genomnya sama

• Difenrensiasi sel sifatnya ireversibel (kekal), dan terdapatperbedaan yang nyata antar sel dari organ yang berbeda, maka timbul hipotesis: proses diferensiasi sel menyebabkanbeberapa gen dari genom sel hilang

• Bukti saat ini: genom sel tetap, diferensiasi sel menyebabkanperbedaan dalam ekspresi gen

• Perbedaan antar sel: perbedaan RNA dan protein, bukanDNA

• Bukti bahwa genom tetap selama diferensiasi sel:1. Katak: Sel telur + inti sel kulit berudu2. Wortel: potongan umbi tanaman utuh


Bukti bahwa selama diferensiasi genom sel tidak berubah

Pada organisme eukaryot, tidak semua gendiekspresikan pada satu sel, terutama untukgen strukturalContoh: gen yang diekspresikan di sel syaraf ≠sel otot ≠ sel hati

Sel dari umbi wortel kalus jaringan 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 berudu

Tidak ada gen yang hilang selama diferensiasi(spesialisasi) sel menjadi sel kulit


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 dangolgi, protein ribosomal

– Protein tidak berlimpah: enzim yang terlibat dalam reaksisentral 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 jumlahberlebihan biasanya ditemukan pada berbagai jenis selyang berbeda, misal: sel otot vs sel syaraf; sel hati vs selparu-paru


Kontrol ekspresi gen pada eukaryot

DNA

Transkrip RNA primer

mRNA

mRNA

Protein tidak aktif

Protein mRNA tidak aktif

6

54

3 Sitosol

2

1

Inti sel

1. Kontrol transkripsi: kapan danberapa?

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

3. Kontrol transport: mRNA manayang akan dieksport ke sitosol?

4. Kontrol translasi: mRNA manayang akan diterjemahkan kedalam protein oleh ribosom

5. Kontrol degradasi mRNA: beberapa mRNA didegradasi

6. Kontrol aktifitas protein: protein mengalami aktivasi/inaktivasi

Kontrol transkripsi yang paling dominanmRNA sel hati ≠ mRNA sel otak


Inti sel

DNA

Transkripsi in vitro “Nuclear run on”

Lisis

NTP5’

3’

hnRNA radioaktif

Digunakan untuk membuat pelacak yang berupa hnRNAyang dilabel dengan radioaktif

Pelacak


Cara membuktikan adanya kontrol transkripsi


Regulasi ekspresi gen

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/selmamalia)

•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 didekatnya


Proses pertumbuhan dan diferensiasi sel

Sebuah sel mengandungbanyak protein yang salingberinteraksi untukmengontrol ekspresi gen.Kombinasi beberapaprotein tipe sel yang spesifikProtein regulator dapatmengontrol ekspresi genpenyandi regulator lainnya

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


Protein master pengatur genTingkatan gen regulator tidak sama. Protein master pengatur gen dapatmengatur beberapa gen.

Contoh: 1.Mutasi homeotik padaDrosophila: antennapedia

karena adanyaperubahan protein tunggal(protein master)2. Mutasi protein (tunggal) regulator (reseptor untukhormon sterois testoteron)

orang XY (laki-laki) menyerupai wanita


Metilasi

Pada eukaryot terjadi pada basa sitosin (~ 3% sitosin mengalamimetilasi)Terjadi pada CGCG atau CCGGMenghambat ekspresi gen ybsDipertahankan pada generasi berikutnya oleh maintenance DNA methylase

Pada saat replikasi, sitosin tidak mengalamimetilasi

Maintenance DNA methylase menambahkangugus metil pada sitosin


Metilasi (lanjutan)

Analisis metilasi DNA:Enzim restriksi1. MspI CCGG dan CC*GG2. HpaII CCGG tapi tidak CC*GG

1 2

107

3

kb1 2

CC*GGCCGG

Metilasi berperan dalam proses cancerogenesis denganmenghambat terjadinya cancer. Cancerigen (bahancarcinogenik) merupakan inhibitor bagi maintenance DNA methylase ekspresi berlebihan dari suatu gen.5-azacytidine Inhibitor bagi maintenance DNA methylase

tumor pada tikus


HormonZat yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin, terlarut dalam darah, dibawake sel sasaran lewat aliran darahBerperan dalam regulasi sintesis protein terutama pada vertebrata (man)

Mekanisme1.Hormon yang masuk kedalam sel

Larut dalam air sehingga tidak bisa melewati membranlipid dari sel (contoh: adrenalin, glukagon)

Beraksi lewat perantara cAMP yang terbentuk didalam sel (sebagai second messenger)

Pada sel sasaran, hormon dikenali oleh reseptorpada membran luar sel. Interaksi hormon-reseptor

rentetan reaksi sehingga terbentuk cAMP. cAMPmengaktifkan serangkaian reaksi di dalam sel

•Second messenger lainnya: IP3 (inositol trifosfat); DG (diacylglycerol) yang terbentuk dari PIP2 (phosphatidylinositol diphosphate)


2. Hormon yang masuk kedalam selLarut dalam lemak melewati membran selBM kecilHormon steroid (misal: Estrogen)Problem transport dalam darah diangkut oleh transporter protein

Hormon yang masuk ke dalamsel berinteraksi dengan reseptorspesifik afinitas terhadapDNA transkripsi (sintesisprotein)


Enhancer

Urutan DNA yang mempengaruhi promoter, menstimulasi ekspresi gen (~ aktivator)KarakteristikAktif pada gen yang jauh jaraknya (ribuan nukleotida)Terletak sebelum atau sesudah genDapat diregulasi oleh faktor yang bisa berdisfusi

Contoh:Enhancer dari gen early SV40 bila difusikan dengan gen β-globin (jarak3 kb) transkripsi β-globin meningkat 100x

Regulator (aktivator)


Faktor transkripsi yang umum

Transkripsi pada eukaryot lebih kompleksdaripada prokaryot

Transkripsi polimerase eukaryot (RNA pol II) mengenali kompleks DNA-protein

Bagian yang penting dari kompleks DNA-protein: faktor TATA = Transcription factor IID (TFIID) protein yang mengikat TATA box (TATAAA pada –25 sampai –30)

TFIID-Faktor TATA aktivitas promoter, awalinisiasi sintesis RNA

Semua RNA pol II mengenali promoter bila adaTFIID, sehingga TFIID merupakan perangkatyang penting bagi terjadinya transkripsi

TFIID-Faktor TATA stabil, sehingga dapatdibaca berulangkali oleh RNA pol II

Kebanyakan fungsi aktivator pada eukaryotadalah mempertemukan faktor TATA denganDNA promoter


Aktivator GAL4

Aktivator pada umumnyamempunya paling sedikit 2 domain (bagian): aktivasi dan penempelanpada DNA yang tidak salingmempengaruhi (independen)

GAL4 aktivasi gen-gen penyandi enzim

untuk konversi galaktosa menjadiglukosa

2 bagian

GAL4 mengikat DNA promoter untukmemudahkan TFIIB melekat dalam komplekstranskripsi

Transkripsi meningkat 1000x


GAL4 pada Saccharomyces cereviseae

Documents

REGULASI EKSPRESI GEN PADA ORGANISME · PDF file · 2010-08-20–Protein berlimpah: protein struktural dari sitoskeleton dan kromosom, protein utama dari membran RE dan golgi,