REGULASI H ORM ON TERH AD AP EKSPRESI GEN PAD A AYAM H UTAN ( Ga llu s sp)
M ASI TTA TAN JUN G, S.Si.,M .Si.
Fa k u lt a s M a t e m a t ik a D a n I lm u Pe n ge t a h u a n Ala m Pr ogr a m St u di Biologi
Un ive r sit a s Su m a t e r a Ut a r a
I . PEN D AH ULUAN
Dalam era indust rialisasi salah sat u upaya t erobosan dalam m eningkat kan produksi dan efisiensi usaha t erm asuk usaha pert anian. Saat ini t elah berkem bang rekayasa genet ika yang akan m em berikan harapan bagi indust ri pert em akan, baik yang berkait an dengan m asalah produksi, pakan m aupun m edis vet eriner. Pot ensi pengem bangan dan penerapan biot eknologi pet ernakan t ersebut sangat besar t erm asuk I ndonesia.
Dalam dasaw arsa t erakhir ini peranan biot eknologi sem akin hari sem akin bert am bah besar yait u dalam m enunj ang kegiat an pengem bangan. Cakupan biot eknologi cukup luas, baik yang baru dalam t ahap penelit ian m aupun yang sudah dapat diaplikasikan. Pada um um nya diasosiasikan sebagai rekayasa genet ika ( genet ic enginnering) dan biologi m olekuler.
Penelit ian dan pengem bangan horm on dan produksi biologi lainnya diarahkan unt uk diagnosa dini baik unt uk penyakit m aupun unt uk kebunt ingan. Aplikasi lain adalah unt uk m em acu pert um buhan yang lebih cepat . Selain horm on ada 3 bagian biologi yang akan dit elit i dan dikem bangkan, yait u m et abolik sekunder, biokonversi dan analisis genet ika.
Aplikasi biot eknologi dibidang pet ernakan yang sedang digarap m eliput i 3 bagian ut am a yait u biot eknologi produksi, biot eknologi pakan dan biot eknologi m olekuler, m eliput i :
1. Biot eknologi reproduksi, sepert i: insem inasi buat an, t ransfer em brio dan rekayasa genet ika m eliput i 19 j enis t ernak/ hew an yang perlu dikem bangkan. 2. Biot eknologi pakan t ernak yang t erdiri dari biot eknologi pakan hij au dan
konsent rat .
3. Biot eknologi m olekuler dibidang kesehat an hew an dan produksi bahan vaksin dan bahan obat ( ant i biot ik, probiot ik, im m unoregulat or horm on) .
Reproduksi dan pert um buhan t ernak dipengaruhi oleh horm on sepert i st eroid m aupun pept ida. Dalam kem aj uan, bidang rekayasa genet ika sangat dim ungkinkan unt uk m engisolasi gen t arget . Kloning gen t arget sangat dibant u dengan adanya t ehnik hibridisasi m aupun am plikasi gen secara in vit ro dengan proses reaksi polim erase berant ai ( PCR) . Unt uk keperluan hibridisasi diperlukan DNA pelacak ( probe) . Probe ini dapat berupa pot ongan gen yang m em punyai akt ivit as serupa at au dapat berupa oligunukleot ida yang disint esa berdasarkan inform asi asam am ino penyusun prot ein. Unt uk t eknik PCR diperlukan inform asi urut an asam nukleat yang m engapit gen t arget yang digunakan sebagai dasar penyusun prim er oligonukieot ida dengan m enggunakan DNA synt hesizer.
Prot ein berperan dalam sem ua akt ivit as kehidupan sebab prot ein t erlibat dalam set iap aspek kehidupan sepert i kat alis st rukt ur, regulasi dan sebagainya ( Wiryosuhant o, dkk. 1993) . Horm on yang j uga m engandung prot ein, dan j uga akan berpengaruh pada pengat uran t erhadap ekspresi gen, hal ini dapat dipelaj ari pada beberapa j enis hew an, t erm asuk ayam hut an hij au ( Gallus varius) .
Gallus varius ( green j ungle fow l) yakni ayam hut an hij au yang m asih dapat dij um pai hidup di hut an- hut an pulau Jaw a khususnya Jaw a Tengah, Jaw a Tim ur, Pulau Madura, Bali dan Lom bok, Flores, Nusa Tenggara dan lain- lain.
Tanda- t anda khas pada Gallus ini adalah sebagai berikut :
- Warna buill yang j ant an dilapisi oleh lapisan hij au pada perm ukaan at asnya. Oleh karena it u disebut j uga green j ungle fow l, sedangkan bet ina berw arna coklat kekuning- kuningan.
- Jengggernya sat u buah ( single cow b) bent uknya licin t idak bergerigi pada perm ukaan at as. .
- Fialnya sat u helai yang t erlet ak ant ara kedua belah t ulang raw an - Bulu ekor ut am a sebanyak 16 helai.
- Bulu leher ayam j ant an bulat dan pendek- pendek.
- Kokoknya kedengaran sepert i cek- ci - crek at au t idak Dada yang berbeda ( Mufarid, 1997) .
Beberapa t ahun yang lalu harga seekor ayam hut an t idak sebanding dengan usaha penangkapannya. Pekerj aan yang dahulu hanya iseng- iseng sekarang lain m enj adi sem iprofesional sebagai akibat nya beberapa ayam hut an di pulau Jaw a populasinya m enurun, selanj ut nya ayam hut an yang sem pat dij ual di pasar dan sam pai ke t angan pem beli at au pem elihara, biasanya t idak akan berum ur panj ang. Hanya beberapa hari ada di rum ah, ayam hut an ket akut an bet elur, luka pada sayap dan kepala, t idak m au m akan dan akhirnya m at i ( Mufarid, 1997) .
Unt uk m engant isipasi hal t ersebut diperlukan usaha pelest arian ayam hut an, t erut am a ayam hut an hij au ( Gallus varius) , m aka diperlukan pengkaj ian yang m endalam unt uk m enelusuri kehidupannya. Dalam hal ini penulis m encoba m eninj au regulasi horm onal t erhadap ekspresi gen ayam hut an hij au ( Gallus varius) .
ll. REGULASI H ORM ON
Pengendalian, pengat uran clan koordinasi akt ivit as gel, j aringan dan alat – alat t ubuh dilakukan oleh sist em saraf dan horm on. Meskipun fungsi saraf dan horm on berbeda t et api banyak kait an yang t erj adi ant ara sist em safar dan horm on, m isalnya ada beberapa kelenj ar bersekresi hanya bila ada st im ulus yang t erdapat di kelenj ar sepert i pada kelenj ar adrenal bagian m edula dan neurohipofisa.
Baik vert ebrat a m aupun invert ebrat a m em punyai j aringan khusus yang m ensekresikan zat pengat ur yang langsung disalurkan ke dalam darah. Jaringan khusus ini dikenal sebagai kelenj ar endokrin, sedangkan zat pengat ur yang disekresikan di sebut horm on. Pada saat ini t elah diket ahui banyak horm on bert indak sebagai m essenger pert am a yang m erupakan seri dari m essenger berikut nya sehingga m engarah kepada adanya respon spesifik di gel t arget . ( Wulangi, 1989) .
Sifa t - sifa t k im ia h or m on .
Horm on m erupakan bahan kim ia yang disekresikan ke dalam cairan t ubuh oleh sat u sel at au sekelom pok sel dan dapat m em pengaruhi fisiologi sel- sel t ubuh lainnya. Sebahagian besar horm on disekresikan oleh kelenj ar endokrin dan selanj ut nya ke dalam darah diangkut ke seluruh t ubuh. Secara kim iaw i horm on dapat dibagi dalam 3 t ipe dasar, Yait u :
1. Horm on st eroid; golongan ini m erupakan st rukt ur kim ia yang m irip dengan kolest erol dan sebagian besar t ipe ini berasal dari kolest erol. Ada berm acam -m aca-m hor-m on st eroid yang disekresikan oleh ( a) kort eks adrenal ( kort isol dan aldost eron) , ( b) ovarium ( est rogen dan progest eron) , ( c) t est is ( t ert ost eron) dan ( d) plasent a ( est rogen clan progest eron) .
m edula adrenal epenefrin dan norepinefrin, kedua- duanya m erupakan kat ekolam in yang berasal dari t irosin.
3. Prot ein at au pept ida. Pada dasarnya sem ua horm on endokrin yang t erpent ing
dapat m erupakan derivat prot ein, pept ida at au derivat keduanya. Horm on yang disekresikan kelenj ar hipofisis ant erior dapat m erupakan m olekul prot ein
at au polipept ida besar; horm on hipofisis post erior, horm on ant idiuret ik dan oksit osisn m erupakan pept ida asam am ino. I nsulin, glukagon dan parat horm on m erupakan polipept ida besar ( Guyt on, 1994) .
Horm on yang disekresi oleh hipot alam us m erupakan pept ida- pept ida pendek yang m em punyai t iga sam pai lim a belas residu asam am ino. Horm on-horm on ini dapat diisolasi dan diident ifikasi sesudah m elalui penelit ian selam a bert ahun- t ahun. Sebagai cont oh 1 m g fakt or horm on pelepas t irot ropin yang dapat diisolasi dari 4 t on j aringan yang m endapat hadiah nobel pada t ahun 1977 ( Lehninger, 1994) .
Ada lim a m et ode yang digunakan dalam st udi horm on at as kelenj ar endokrin yait u;
1. Ekst irpsasi kelenj ar endokrin. Suat u alat t ubuh dapat diident ifikasikan m em punyai fungsi endokrin bila alat t ubuh ini diam bil at au di inakt ifkan. Misalnya dengan j alan diradiasi akan t erj adi perubahan dalam st rukt ur m aupun fungsinya, perubahan- perubahan akan hilang bila kit a m enyunt ikan horm on dari kelenj ar yang norm al at au bila kit a m enyunt ikan horm on at au t ranslant asi dari j aringan kelenj ar.
2. Met oda m enyunt ikan, dengan m enyunt ikan suat u horm on t ert ent u kit a dapat m enget ahui pengaruhnya.
3. Met ode klinik, dengan m et ode klinik dapat dit ent ukan hubungan t idak berfungsinya t ubuh dengan kelainan kelenj ar.
4. Met ode analit ik, analisis perlu dilakukan unt uk m enget ahui ada at au t idak adanya horm on dalam darah, urin, saliva dan cairan t ubuh.
5. Met ode perunut zat radioakt if digunakan unt uk m elokasikan dan m encari j ej ak horm on di dalam t ubuh ( Wulangi, 1989) .
M e k a n ism e k e r j a h or m on
Horm on endokrin ham pir t idak pernah bekerj a secara langsung pada sist em int ra selluler unt uk m engat ur berbagai reaksi kim ia dalam sel. Horm on m ula- m ula berikat an dengan resept or horm on yang t erdapat di perm ukaan gel at au di dalam gel. I kat an horm on dan resept or m em ulai t im bulnya rangkaian reaksi kim ia di dalam gel. Set iap resept or sangat spesifik unt uk sat u m acam horm on. Keadaan inilah yang m enent ukan m acam horm on yang akan bekerj a pada suat u j aringan t ert ent u. Jaringan t arget yang berpengaruh adalah j aringan yang m em punyai resept or spesifik ( Guyt on, 1994) .
Pada um um nya lokasi resept or dari berbagai m acam horm on adalah sebagai berikut ;
- Pada m em bran sel, resept or pada m em bran sangat khusus unt uk horm on golongan prot ein, pept ida dan kat ekolam in.
- Di dalam sit oplasm a, resept or unt uk berbagai horm on st eroid dapat dij um pai ham pir sem uanya di dalam sit oplasm a.
- Di dalam int i, resept or unt uk horm on m et abolism e t iroid ( t iroksin dan t riiodot ironin) , dit em ukan didalam int i, diduga t erlet ak dalam hubungan langsung dengan sat u at au lebih krom osom .
horm on resept or kom pleks di t ranslokasikan ke dalam nukleus dan m engadakan int eraksi dengan gen yang khusus. Gen yang diakt ifkan kem udian m em bent uk enzim yang pent ing unt uk m engubah fungsi sel.
I I I . EKSPRESI GEN
Gen adalah sepot ong DNA yang m enyandikan rant ai polipept ida dan RNA. Tidak sem ua gen diekspresikan secara t epat dalam bent uk rant ai polipept ida. Beberapa gen m enyandikan beberapa j enis RNA t ranfer dan gen lain m enyandi berbagai j enis RNA ribosom al. Gen yang m enyandi polipept ida dan RNA dikenal sebagai gen st rukt ural. Gen ini m enent ukan st rukt ur beberapa produk akhir gen, sepert i suat u enzim at au RNA yang st abil. DNA j uga m engandung segm en at au urut an lain yang hanya m enj alankan fungsi pengat uran ( regulasi) . Beberapa diant ara segm en pengat ur m enyusun isyarat yang m enunj ukkan aw al dan akhir gen st rukt ural, yang lain berpart isipasi dalam m em ulai at au m engakhiri proses t ranskripsi gen st rukt ural. Jadi krom osom m engandung gen st rukt ural dan urut an pengat ur ( Lehninger, 1994) .
Sem ua gen harus diekspresikan agar berfungsi. Tahap pert am a dalam ekspresi adalah t ranskripsi gen m enj adi unt aian RNA yang kom plem ent er. Unt uk beberapa gen yang m engkode m olekul t RNA dan rRNA t ranskripsi it u sendiri m erupakan m olekul yang pent ing secara fungsional.
Unt uk gen- gen lain t ranskripsi dit ranslasi m enj adi m olekul prot ein. Pot ongan gen yang t idak t erdapat pada t ranskripsi disebut int ron. Disam ping int ron, lokasi t it ik perm ulaan dan t it ik akhir t ranskripsi sangat pent ing diperhat ikan. Kebanyakan t ranskrip t idak hanya m erupakan kopi gen t et api j uga daerah nukleot id pada kedua sisinya. Signal at au isyarat m enent ukan perm ulaan dan akhir proses t ranskrip. Signal t erlet ak dalam urut an polinukleot id pendek yang m engat ur kerj a enzim polim erase yang m enst ranskrip.
Gam bar 1. Beberapa hal yang pent ing dalam ekspresi gen
[image:4.595.188.396.414.692.2]t unggal Hasil hibrid DNA- RNA dapat dianalisis dengan m ikroskop elekt ron at au dengan nuklease yang spesifik.
Pe n ga m a t a n m ole k u l a sa m n u k le a t de n ga n M E
Biasanya m olekul DNA dicam pur dengan prot ein sepert i sit okrom m isalnya sit okrom c yang akan m engikat polinukleot id dan m em bungkusnya dalam lapisan yang t ebal. Molekul yang t erbungkus ini harus diw arnai dengan uranil aset at at au bahan padat elekt ron lain ( Gam bar 2) . Jika gen m engandung int ro m aka daerah unt ai DNA t idak akan m em iliki hom ologi dengan t ranskrip RNA, sehingga t idak t erj adi pasangan basa. Sebaliknya akan t erbent uk pelengkungan keluar ( loop out ) yang m em berikan gam baran khas pada pengam at an m ikroskop elekt ron ( Gam bar 3) . Jum lah dan posisi lengkung t ersebut akan sesuai dengan j um lah dan posisi int ron dalam gen. I nform asi selanj ut nya akan diperoleh dengan m elakukan perunut an gen dan m encari gam baran khas yang m enandai bat as- bat as int ron.
An a lisa h ibr id D N A- RN A de n ga n m e n ggu n a k a n n u k le a se
Hibrid DNA- RNA m elibat kan penggunaan nuklease spesifik unt uk unt ai t unggal sepert i nuklease S 1, ensim ini m em ecah DNA at au RNA unt ai t unggal, t erm asuk daerah unt ai t unggal pada uj ung m olekul yang t erut am a berunt ai ganda at au pada hibrid DNA- RNA. Jika m olekul DNA yang m engandung gen dihibridisasi dengan t ranskrip RNAnya dan kem udian diberi nuklease S 1, m aka daerah unt ai t unggal DNA non hibrid pada t iap uj ung hibrid akan didigest i bersam a- sam a dengan int ron yang m elengkung keluar ( Gam bar 4) .
Gam bar 2. Preparasi m olekul DNA dengan pengam at an ME
Gam bar 3. Gam baran hibrio DNA- RNA ant ara gen yang m engandung int ron
Fragm en DNA unt ai t unggal yang t erlindung dari digest i nuklease S 1 dapat diam bil kem bali j ika unt ai RNA dipecahkan dengan penam bahan alkali.
[image:5.595.190.415.359.575.2] [image:5.595.188.399.611.677.2]m endahului gen dengan panj ang 300 bp, t elah diklon ke dalam vekt or M 13 dan didapat kan sebagai m olekul unt ai t unggal. Sam pel t ranskrip RNA dit am bahkan dan dibiarkan unt uk bergabung dengan m olekul DNA. Molekul DNA m asih akan m erupakan unt ai t unggal, t et api sekarang m em iliki daerah kecil yang dilindungi oleh t ranskrip RNA, kecuali daerah yang t erlindungi sem ua akan didigest i oleh nuklease S 1 dan RNA dipecah dengan alkali sehingga m eninggalkan sebuah fragm en DNA unt ai t unggal pendek.
Jika m anipulasi t ersebut diam at i dengan seksam a m aka akan m enj adi j elas bahw a ukuran fragm en unt ai t unggal ini sesuai dengan j arak ant ara t it ik perm ulaan t ranskrip dengan t em pat Sau 3A sebelah kanan, oleh karena it u ukuran fragm en unt ai t unggal t ersebut dit ent ukan dengan elekt roforesis dan inform asi ini digunakan unt uk m enandai t it ik perm ulaan t ranskrip pada urut an DNA ( Brow n, 1991) .
Gam bar 4. Pengaruh nukleas S1 pada hibrid DNA- RNA
[image:6.595.189.434.237.452.2] [image:6.595.206.385.480.746.2]Pada t ahun t erakhir ini t elah dikem bangkan t ekhnik m anipulasi RNA, t erm asuk cara unt uk m enent ukan urut an RNA. Proses ini m em berikan gam baran dalam pengat uran ekspresi gen. Mengident ifikasi dan m em pelaj ari produk t ranslasi gen yang diklonkan. Dua t ehnik yang berhubungan yait u Hybrid- Release Translat ion ( HRT) dan Hybrid- Arrest Translat ion ( HART) digunakan unt uk ident ifikasi produk t ranslasi yang dikode oleh gen yang diklonkan. Keduanya t ergant ung pada kem am puan m RNA m um i unt uk m engarahkan sint esa prot ein dalam sist em t ranslasi bebas sel ( cell- free t ranslat ion syst em e) . Sist em t ersebut m erupakan ekst rak sel yang biasanya dibuat dari benih gandum at au ret ikulosit kelinci, keduanya sangat akt if dalam sint esis prot ein sert a m engandung ribosom , t RNA dan m olekul lain yang diperlukan unt uk sint esa prot ein sam pel m RNA dit am bahkan pada sist em t ranslasi bebas sel bersam a- sam a dengan cam puran 20 asam am ino yang dit em ukan pada prot ein yang sat u diant aranya dilabel ( biasanya digunakan S32- m et ionin) m olekul- m olekul m RNA akan dit ranslasi m enj adi cam puran prot ein radioakt if yang dapat dipisahkan dengan elekt roforesis dan dit unj ukkan dengan iiut odiograt i ( Gam bal b) . Tiap pit a m enunj ukkan 1 prot ein yang dikodekan oleh salah sat u m olekul m RNA.
Gam bar 6. Translasi babas sel
Analisa perbandingan DNA m it okondria pada j enis Gallus berbeda, m em ber gam baran perbedaan pada sekuen ant ara Gallus gallus sepert i Gallus sonnerat i, Gallus varius clan Gallus lafayet t ei bert urut - t urut adalah 0,9% , 10,5% clan 12,6% . Diasum sikan bahw a laj u evolusi m t DNAnya adalah 3% per sej ut a t ahun. Analisis m t DNA ini m em berikan inform asi t ent ang hubungan filogenik m at ernal pada species Gallus ( Munechika, et al. 1997) . "
[image:7.595.189.405.289.546.2]t ikut dit unj ukkan pada t ingkat t ranslasi, nam un t idak ada perubahan pada m RNAnya ( SafI ari, et al. 1992) .
Ekspresi gen unt uk prot ein susu diat ur oleh horm on grow t h fact or dan m at riks ekst raselluler. Horm on prolakt in dan lakt ogen t erakt ifasi pada sem ua t ingkat . Ekspresi gen casein prolakt in m eningkat pada t ingkat t ranskripsi bet a casein gen dan st abil pada bet a casein m RNA sedangkan horm on pert um buhan ( som at ot ropin) pada alfa dan bet a casein gen ( Zw ierzchow ski, 1997) .
Regulasi est rogen dan progest eron pada proses diferensiasi dan fungsional dari oviduk ayam t erfokus pada sint esa avolbum in. Mulai dari polipept ida t unggal hingga 50% sam pai 60% pada akhir diferensiasi. Proses yang dim ulai dan perubahan t ekanan pot ensial unt uk pem isahan elem en m olekul yang m enyelubungi sint esa prot ein spesifik, t erm asuk polisom spesifik, rnRNA dan gen. Langkah- langkah analisa regulasi ant ara t ranskripsi dan t ranslasi pada m RNAs spesifik sepert i efek dari perkem bangan dan variasi horm onal. Unt uk lebih j elas dapat dilihat pada gam bar 7.
Gam bar 7. I nt eraksi horm on pada perkem bangan dan fungsi oviduk ayam
Skem a efek est rogen dan progest eron pada perkem bangan dan fungsional oviduk ayam , t erlihat est rogen ( pada ayam m uda) m engalam i diferensiasi sit oplasm a gel- gel kelenj ar t ubular pada w akt u sint esa ovalbum in, di sebut st im ulasi prim er. Jika diferensiasi t erhent i m aka sint esa ovalbum in j uga t erhent i. lni m enunj ukkan bahw a gel- gel dalam keadaan t oidak akt if disebut st im ulasi sekunder. Hal ini akan akt if kem bali bila pada ribosom est rogen dan progest eron diproduksi. Nam un sebaliknya dapat j uga t erj adi dim ana t erbent uknya progest eron dan est rogen akan m enghalangi diferensiasi sit oplasm a dan akhirnya akan m enggagalkan sint esa ovalbum in pada perm ukaan gel t et api m asing-m asing gel t et ap asing-m engalaasing-m i perubahan bent uk ( Kenney, et al. 1973)
I V. PEN UTUP
Horm on m erupakan bahan kim ia yang disekresikan ke dalam cairan t ubuh oleh sat u sel at au sekelom pok sel dan dapat m em pengaruhi fisiologi sel- sel t ubuh. Horm on akan bekerj a sesuai dengan resept ornya. Masing- m asing resept or pada sel berbeda- beda, ada yang t erdapat pada m em bran sel, sit oplasm a dan int i sel. Di dalam int i akan diekspresikan sesuai dengan cet akan gennya.
[image:8.595.116.474.262.478.2]V. D AFTAR PUSTAKA
Brow n, T.A. 1991. Gene cloning an int roduct ion ( pengat uran kloning gene) S.A. Muham m ad, dkk. Yayasan Essent ia Medica. Yogyakart a
Glick, B.R. and J.J. Past ernale. 1994. Molecular Biot echnology Principles and Aplicat ion of Recom binant DNA. ASM Pres. New York.
Guyt on, A.C.1994. Buku Aj ar Fisiologi Kedokt eran. EGC. Jakart a.
Herrm ann, K.M. and R.L. Som erville. 1983. Am ino acid, Biosynt hesis ang Genet ic Regulat ion. By Addison- Wessey Publishing Co. I nc. Canada.
Kenney, F; B.A. Ham kala; G.Favelulees and J.T. August . 1973. Gene Expression and it s Regulat ion. Plenum Press. New York.
Lehninger, A.L. 1994. Dasar- dasar Biokim ia. Erlangga. Jakart a. Mufarid, H. 1997. Bet ernak ayam hut an. Penebar Sw adaya. Jakart a.
Munechika, I ; H. Suzuki and S.Wakana. 1997. Cm perat ive Analysis of t he Rest rict ion Endonuclease Cleavage Pat t ern of Mit ochondrial DNA in t he Genus Gallus. Poult ry Science. Japan.
Safrari, B; J.M. Ong and P.A. Ken. 1992. Regulat ion of Adipsa Lipoprot ein Lipase Gen Expression by Thyroid Horm one in Rat s. Depart . Of Medicine. Davision of Endocrinology. USA.
Wiryosuhant o, S.D. dan S. Sudardj at . D. 1992. Aplikasi Kesehat an Hew an. Hasil Sem iloka Biot ehnologi Kesehat an Hew an. Direkt orat Jenderal Pet ernakan. Dep. Pert anian. Jakart a.
Wulangi. K.S. 1989. Prinsip- prinsip Fisiologi Hew an. Erlangga. Jakart a.
