8-Regulasi Ekspresi Gen Pada Eukariotik

(1)

REGULASI EKSPRESI

GEN PADA EUKARIOTIK

OLEH :

KELOMPOK 2

Anggrasti Megah Insani Gigih Hasbi Ramadhan

(2)

Pengaturan eukariot lebih kompleks daripada

pengaturan ekspresi gen pada prokariot

1. Pada eukariot tingkat tinggi gen-gen yang berbeda akan ditranskripsi pada jenis sel yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan pada tahap transkripsi, dan juga prosesing mRNA, memegang peran yang sangat penting dalam proses diferensiasi sel.

2. Pada sel eukariot gen yang mengkode protein yang berfungsi bersama-sama biasanya terletak pada kromosom yang berbeda. Situasi ini berbeda dari bakteri, dimana gen yang mengkode protein berfungsi bersama-sama terletak berdampingan satu sama lain dalam operon. Operan tidak terdapat pada sel eukariot.

3. Ekspresi gen pada sel eukariot, berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda yaitu : transkripsi, pasca transkripsi, translasi dan pasca tarnslasi.

(3)

Contoh Klasik dari Perkembangan

Ekspresi Gen Yang Teregulasi

• Pada kebanyakan organisme eukariot, sintesis protein tidak diikuti dengan sintesis RNA. Sebagai gantinya, semua komponen yang dibutuhkan dalam sintesis protein telah disediakan oleh sel telur dan disimpan dalam kondisi dorman. • Komponen ini telah disintesis bersamaan dengan peristiwa

oogenesis pada tahap profase I.

Pada tahapan ini, kromosom terlihat sebagai bentukan yang disebut struktur lampbrush.

• Pada kebanyakan organisme eukariot, sintesis protein tidak diikuti dengan sintesis RNA. Sebagai gantinya, semua komponen yang dibutuhkan dalam sintesis protein telah disediakan oleh sel telur dan disimpan dalam kondisi dorman. • Komponen ini telah disintesis bersamaan dengan peristiwa

oogenesis pada tahap profase I.

Pada tahapan ini, kromosom terlihat sebagai bentukan yang disebut struktur lampbrush.

Transkripsi pada Kromosom Lampbrush pada Oosit Amfibi

(4)

Contoh Klasik dari Perkembangan

Ekspresi Gen Yang Teregulasi

• Pada kromosom lampbrush sangat terkondensasi. Transkrip gen yang telah disintesis selama oogenesis harus disimpan dalam kondisi tidak aktif namun dalam bentuk yang stabil hingga terjadi fertilisasi.

• Transkrip gen harus diletakkan pada tempat tertentu pada sitoplasma sel telur selama oogenesis.

• Pada katak (mungkin juga pada vertebrata lain) materi genetik yang dibuat saat oogenesis ini mengendalikan pertumbuhan hingga tahap blastula.

• Untuk tahap gastrula dan seterusnya, dibutuhkan ekspresi gen lain lagi.

(5)

(6)

Amplifikasi Gen rRNA pada Oosit Amfibi

• Sampaitahap gastrulasi, tidak ada rRNA yang disintesis oleh embrio amfibia. Sehingga, jumlah rRNA yang disintesis selama oogenesis, haruslah banyak.

• Faktanya, telur amfibi memiliki 1012 ribosom. Jumlah tersebut

dihasilkan oleh mekanisme yang disebut amplifikasi gen tertentu.

• Pada oosit amfibi, gen rRNA-nya memiliki ratusan lipatan agar dapat disimpan dalam sel telur dewasa.

• Ex : Pada spesies Xenophus laevis precursor rRNA disintesis dan diproses di nukleolus. Satu nukleus Xenophus laevis memiliki ratusan nukleolus, yang masing-masing mengandung molekul DNA sirkuler. Yang bereplikasi secara rolling circle replication.

• Sampaitahap gastrulasi, tidak ada rRNA yang disintesis oleh embrio amfibia. Sehingga, jumlah rRNA yang disintesis selama oogenesis, haruslah banyak.

• Faktanya, telur amfibi memiliki 1012 ribosom. Jumlah tersebut

dihasilkan oleh mekanisme yang disebut amplifikasi gen tertentu.

• Pada oosit amfibi, gen rRNA-nya memiliki ratusan lipatan agar dapat disimpan dalam sel telur dewasa.

• Ex : Pada spesies Xenophus laevis precursor rRNA disintesis dan diproses di nukleolus. Satu nukleus Xenophus laevis memiliki ratusan nukleolus, yang masing-masing mengandung molekul DNA sirkuler. Yang bereplikasi secara rolling circle replication.

(7)

Populasi Transkripsi Gen adalah Divergen pada Tipe Sel Yang Berbeda

Berdasarkan RNA-DNA saturation hybrodation experiment (eksperimen hibridasi kejenuhan RNA-DNA) diliht bahwa:

• RNA diekstrak dari sel-sel tertentu dan dibolehkan untuk dihibridasi dengan DNA inti total (denaturated).

• RNA ditambahkan pada reaksi hibridasi yag berlebih (relative pada kosentrasi DNA) sehingga semua urutan DNA komplementar direpresentasikan antara populasi RNA yang membentuk RNA-DNA hybrid.

• Penyediaan bagian genom yang ditunjukkan oleh urutan populasi mRNA pada jenis sel tertentu.

• Hasilnya kurang dari 10 % dari DNA pada genom di representasikan antara molekul mRNA pada sitoplasma dari satu jenis sel

Berdasarkan RNA-DNA saturation hybrodation experiment (eksperimen hibridasi kejenuhan RNA-DNA) diliht bahwa:

• RNA diekstrak dari sel-sel tertentu dan dibolehkan untuk dihibridasi dengan DNA inti total (denaturated).

• RNA ditambahkan pada reaksi hibridasi yag berlebih (relative pada kosentrasi DNA) sehingga semua urutan DNA komplementar direpresentasikan antara populasi RNA yang membentuk RNA-DNA hybrid.

• Penyediaan bagian genom yang ditunjukkan oleh urutan populasi mRNA pada jenis sel tertentu.

• Hasilnya kurang dari 10 % dari DNA pada genom di representasikan antara molekul mRNA pada sitoplasma dari satu jenis sel

(8)

Transkripsi pada Eukariot Tingkat

Tinggi

Transkripsi pada Eukariot Tingkat

Tinggi

• Pada prokariot, semua informasi yang diperlukan untuk memulai transkripsi diberikan oleh sinyal dari promoter

• Pada eukariot, RNA polymerase II yang menerjemahkan hampir semua kode gen, tidak dapat memulai proses transkripsi tanpa bantuan tambahan empat protein aksesori atau disebut factor transkripsi umum.

Faktor transkripsi tersebut terdiri atas faktor A, B, D, dan E.

• Pada eukariot, RNA polymerase II yang menerjemahkan hampir semua kode gen, tidak dapat memulai proses transkripsi tanpa bantuan tambahan empat protein aksesori atau disebut factor transkripsi umum.

(9)

Mekanisme Pengaturan Transkripsi pada Eukariot Tingkat Tinggi

• Faktor D berikatan dengan TATA box pada untaian DNA sebagai langkah awal.

• Lalu faktor A berikatan dengan faktor D dan untaian DNA. • Lalu faktor A berikatan dengan faktor D dan untaian DNA.

• Lalu RNA polymerase II berikatan dengan kompleks factor yang ada..

• Faktor B selanjutnya bergabung dengan faktor D dan membentuk kompleks pemulaian transkripsi.

• Setelah itu factor E berikatan dengan untaian DNA di ujung RNA polymerase.

• Lalu kompleks yang sudah lengkap tersebut memulai proses transkripsi secara akurat.

(10)

(11)

Hampir Semua Unit Transkripsi Eukariot Adalah Monogenik

• Pada eukariot, set gen yang berbeda ditranskripsikan pada tipe sel yang berbeda

• Bentuk gen ekspresi yang berbeda terjadi pada jaringan yang berbeda dan dikontrol oleh protein trans-acting selama diferensiasi • Bentuk gen ekspresi yang berbeda terjadi pada jaringan yang

berbeda dan dikontrol oleh protein trans-acting selama diferensiasi

• Pada eukariot tingkat tinggi, operon sudah tidak lagi ada dan tidak lagi diperlukan, namun pada eukariot tingkat rendah (jamur) masih dapat ditemukan operon meskipun sudah sangat jarang.

• Hampir semua mRNA dari eukariot tingkat tinggi adalah monogenik, yakni hanya mengandung satu sekuens kode dari satu structural gen

(12)

Elemen regulatori (Enhancer dan Silencer ) dalam Memodulasi Transkripsi pada

Eukariot

Elemen regulatori (Enhancer dan Silencer ) dalam Memodulasi Transkripsi pada

Eukariot

Enhancer berfungsi untuk

meningkatkan transkripsi

Enhancer berfungsi untuk

meningkatkan transkripsi

Enhancer merupakan elemen

yang tergolong besar, bekerja untuk menyelesaikan

keseluruhan atau bagian khusus dari jaringan tertentu, maka dari itu enhancer hanya akan meningkatkan transkripsi

dari gen-gen target yang bersifat kebutuhan spesifik.

Enhancer merupakan elemen

yang tergolong besar, bekerja untuk menyelesaikan

keseluruhan atau bagian khusus dari jaringan tertentu, maka dari itu enhancer hanya akan meningkatkan transkripsi

dari gen-gen target yang bersifat kebutuhan spesifik.

Silencer berfungsi untuk

mengurangi transkripsi

Silencer berfungsi untuk

mengurangi transkripsi

Example: Enhancer terletak diantara gen β-hemoglobin

dan gen €-hemoglobin;

enhancer tersebut

merangsang transkripsi gen

€-globin selama perkembangan

embrionik dan merangsang transkripsi gen β-globin saat

dewasa.

Example: Enhancer terletak diantara gen β-hemoglobin

dan gen €-hemoglobin;

enhancer tersebut

merangsang transkripsi gen

€-globin selama perkembangan

embrionik dan merangsang transkripsi gen β-globin saat

(13)

(14)

Regulasi Transkripsi oleh Metilasi DNA Regulasi Transkripsi oleh Metilasi DNA

Ekspresi gen juga ditentukan oleh penambahan gugus metil, atau

metilasi dapat menyebabkan perbedaan ekspresi gen pada jaringan.

Ekspresi gen juga ditentukan oleh penambahan gugus metil, atau

metilasi dapat menyebabkan perbedaan ekspresi gen pada jaringan.

Beberapa bukti bahwa gugus metil memberikan pengaruh dalam ekspresi gen :

(1)hubungan antara level ekspresi gen dan derajat metilasi yaitu,

metilasi rendah ekspresi gen tinggi, dan metilasi tinggi ekspresi gen rendah.

(2) pola metilasi spesifik pada suatu jaringan.

(3) basa analog 5-azacytidin yang tidak dapat dimetilasi setelah bergabung dengan DNA, menunjukkan ekspresi gen pada jaringan tersebut tidak terekspresikan.

Beberapa bukti bahwa gugus metil memberikan pengaruh dalam ekspresi gen :

(1)hubungan antara level ekspresi gen dan derajat metilasi yaitu,

metilasi rendah ekspresi gen tinggi, dan metilasi tinggi ekspresi gen rendah.

(2) pola metilasi spesifik pada suatu jaringan.

(3) basa analog 5-azacytidin yang tidak dapat dimetilasi setelah bergabung dengan DNA, menunjukkan ekspresi gen pada jaringan tersebut tidak terekspresikan.

(15)

Regulasi Transkripsi oleh Metilasi DNA Regulasi Transkripsi oleh Metilasi DNA

Lebih dari 90% metilasi pada DNA eukariot terjadi di CG skuens dinukleotida.

5-methyl CG GC 5-methyl

Lebih dari 90% metilasi pada DNA eukariot terjadi di CG skuens dinukleotida.

5-methyl CG GC 5-methyl

(16)

Pola metilasi pada suatu jaringan bersifat spesifik.

Hipotesis : pola metilasi terbentuk selama perkembangan jaringan demetilase spesifik yang mengembalikan grup metil dari sisi penting pada gen yang telah ditentukan sehingga gen

tersebut terekspresi pada tipe sel khusus.

Pola metilasi pada suatu jaringan bersifat spesifik.

Hipotesis : pola metilasi terbentuk selama perkembangan jaringan demetilase spesifik yang mengembalikan grup metil dari sisi penting pada gen yang telah ditentukan sehingga gen

(17)

Kemungkinan keterlibatan Z-DNA dalam mengatur

ekspresi gen adalah struktur protein regulator tertentu dapat mengikat dalam alur utama heliks ganda yang kidal

dan tidak heliks ganda biasa.

Kemungkinan keterlibatan Z-DNA dalam mengatur

ekspresi gen adalah struktur protein regulator tertentu dapat mengikat dalam alur utama heliks ganda yang kidal

dan tidak heliks ganda biasa. PERAN DNA-Z

(18)

Sensitivitas nuklease gen aktif tergantung pada kehadiran dua protein non histon kromosom yang disebut HMG14 dan

HMG 17.

Sensitivitas nuklease gen aktif tergantung pada kehadiran dua protein non histon kromosom yang disebut HMG14 dan

HMG 17.

Struktur Kromatin: Sisi Sensitif

Nuclease Berdekatan dengan Gen Aktif Struktur Kromatin: Sisi Sensitif

Nuclease Berdekatan dengan Gen Aktif

Ketika protein ini dikembalikan dari kromatin aktif, sensitivitas nuclease hilang. Ketika ditambahkan kembali, sensitivitas dipulihkan.