Regulasi Ekspresi Gen Eukariot - Kel 13 - Off G-GK - Annasa Sabatia & Nur Raiyan Jannah [PDF]

Citation preview

Regulasi Ekspresi Gen Pada Makhluk Hidup Eukariot



RQA 2 disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Genetika 2 Yang dibina oleh Prof. Dr Hj. Siti Zubaidah, M. Pd dan Deny Setiawan M.Pd



Oleh Kelompok 13/Off G : Annasa Sabatia



(170342615589)



Nur Raiyan Jannah



(180342618004)



UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN BIOLOGI September 2020



BERBAGAI LEVEL REGULASI EKPRESI GEN, SERTA FAKTOR LINGKUNGAN DAN BIOLOGIS REGULASI EKSPRESI GEN Dimensi Dari Regulasi Gen Eukariot Seperti pada prokariota, ekspresi gen pada eukariota melibatkan transkripsi DNA menjadi RNA dan translasi selanjutnya dari RNA itu menjadi polipeptida. Namun, sebelum translasi, kebanyakan RNA eukariotik masih "diproses". Selama prosesing, RNA dibatasi pada ujung 5’, terpolidenilasi pada ujung 3’, dan dengan kehilangan urutan intron noncoding. Ekspresi gen lebih rumit pada eukariota daripada pada prokariota karena sel eukariotik dikelompokkan oleh sistem membrane. Pengelompokan ini membagi sel menjadi organel terpisah yaitu mitokondria, kloroplas (pada tumbuhan), dan reticulum endoplasma. Nukleus tempat menyimpan materi genetic, terdapat mitokondria dan kloroplas sebagai pengumpul energy dan RE sebagai transport material dalam sel. Transkrip RNA dimodifikasi dalam nukleus dengan capping, polyadenylasi, dan penghapusan intron. RNA messenger yang dihasilkan kemudian diekspor ke sitoplasma di mana mereka menjadi terkait dengan ribosom, beberapa di antaranya terletak di membran retikulum endoplasma. Setelah dikaitkan dengan ribosom, mRNA ini diterjemahkan menjadi polipeptida. Ekspresi gen mungkin terjadi regulasi di tempat yang berbeda. Regulasi dapat terjadi pada nukleus di baik pada tingkat DNA atau RNA, atau dalam sitoplasma baik di RNA atau tingkat polipeptida. Transkripsi DNA Yang Terkendali Kontrol transkripsi lebih kompleks pada eukariota daripada di prokariotes. Salah satu alasannya adalah karena gen terasingkan atau disendirikan di dalam nukleus. Sebelum sinyal dapat berpengaruh pada tingkat transkripsi, sinyal harus dikirim dari permukaan sel, dimana mereka biasanya menerima, melalui sitoplasma dan membrane inti ke kromosom, oleh karena itu sel eukariot membutuhkan sistem internal yang cukup rumit untuk mengontrol transkripsi DNA.



Komunikasi antar sel merupakan sebuah aspek penting dari regulasi transkripsi



eukariot. Regulasi transkripsi pada eukariot diperantarai oleh interaksi protein-DNA. Positif dan negative protein regulator mengikat pada daerah tertentu dari DNA dan merangsang atau bahkan dapat menghambat transkripsi (biasa disebut dengan faktor transkripsi). Mengubah Splicing Dari RNA Setiap intron harus dihapus dari proses transkrispsi RNA suatu gen agar urutan saat mengkode dapat diekspresikan dengan benar. Proses ini melibatkan penggabungan kode



dengan urutan yang tepat atau ekson menjadi RNA messenger. Pembentukan mRNA yang diperantarai oleh organel inti disebut spliceosomes. Gen dengan intron yang lebih banyak akan mengganggu pada saat splicing RNA. Fenomena splicing pada transkripi RNA dengan cara berbeda nampaknya merupakan cara meringkas informasi genetik. Mengubah splicing dari transkripsi memungkinkan untuk gen tunggal mengkode polipeptida yang berbeda. Salah satu contoh perubahan terjadi selama ekspresi gen untuk troponin T, protein di otot rangka vertebrata. Ukurannya dari sekitar 150 hingga 250 asam amino. Pada tikus, gen troponin T lebih dari 16 kb panjang dan berisi 18 ekson berbeda. Transkripsi gen ini disambung dengan berbagai cara untuk membuat mRNA yang lebih besar. Semua ini polipeptida berbagi asam amino dari ekson 1–3, 9–15, dan 18. Namun, daerah dikodekan oleh ekson 4–8 mungkin ada atau tidak ada, tergantung pada pola penyambungan, dan tampaknya dalam kombinasi apa pun.



Kontrol Sitoplasma Pada Stabilitas RNA messenger Messenger RNAs diekspor dari nukleus ke sitoplasma, tempat yang tersedia templat untuk sintesis polipeptida. Di dalam sitoplasma, mRNA tertentu dapat diterjemahkan dengan beberapa ribosom yang bergerak di sepanjang itu secara berurutan. Jalur perakitan translasi berlanjut sampai mRNA harus terdegradasi karena merupakan titik kontrol lain dalam keseluruhan proses ekspresi gen. mRNA yang terdegradasi dengan cepat harus diisi ulang dengan transkripsi tambahan, jika tidak, polipeptida yang dikode akan berhenti disintesis. Penelitian terbaru telah mengungkapkan bahwa stabilitas mRNA dan translasi mRNA menjadi polipeptida juga diatur oleh molekul RNA tanpa kode yang biasa disebut RNA interfering (siRNA) atau mikroRNA (miRNA), panjangnya antara 21 dan 28 nukleotida, dihasilkan dari RNA untai ganda yang lebih besar dalam berbagai organisme eukariotik, termasuk jamur,



tumbuhan, dan hewan. Interfering pendek dan pasangan basa mikroRNA dengan urutan pada mRNA tertentu; setelah dipasangkan, keduanya menyebabkan mRNA terpotong dan subterdegradasi secara berurutan, atau mereka mencegah mRNA diterjemahkan menjadi polipeptida. Suhu: Kejutan Panas Pada Gen Ketika organisme mengalami tekanan suhu tinggi, mereka menganggapi dengan mensintesis sekelompok protein yang membantu menstabilkan sel internal. Perbandingan urutan asam amino protein hasil dari kejutan panas dari organisme beragam, seperti E. coli dan Drosophilla menunjukkan bahwa mereka mempunyai 40%-50% kemiripan. Ekspresi protein dari kejutan panas ini diatur dalam transkripsi yang mengkode protein tersebut. Misalnya pada Drosophilla satu protein kejutan panas disebut HSP70 (HSP: Heat Shock Protein, dengan molekul seberat 70 kilodalton). Ketika suhu melebihi 33C, transkripsi gen HSP70 yang diinduksi diperantarai oleh polipeptida yang disebut faktor transkripsi kejut panas, atau HSTF, yang ada di inti sel. Ketika Drosophila mengalami tekanan panas, HSTF diubah secara kimiawi dengan fosforilasi. Dalam keadaan yang berubah ini, ia mengikat secara khusus ke urutan nukleotida gen HSP70 dan membuat gen lebih mudah diakses oleh RNA polimerase II, enzim yang mentranskripsi sebagian besar gen pengkode protein. Transkripsi gen HSP70 kemudian distimulasi dengan kuat. Urutan yang difosforilasi Ikatan HSTF disebut Heat-Shock Response Elements (HSE).



Molekul Sinyal: Gen Yang Menanggapi Hormon Pada eukariota multiseluler, satu jenis sel dapat memberi sinyal pada yang lain dengan mengeluarkan hormon. Hormon bersirkulasi ke seluruh tubuh, melakukan kontak dengan sel targetnya, dan kemudian memulai serangkaian peristiwa yang mengatur ekspresi gen tertentu. Pada hewan ada dua kelas hormon yang umum. Pertama, hormon steroid, adalah molekul kecil yang larut dalam lemak yang berasal dari kolesterol. Karena sifat lipidnya, mereka memiliki sedikit atau tidak ada kesulitan untuk melewati membran sel. Contohnya adalah estrogen dan progesteron, yang berperan penting dalam siklus reproduksi wanita; testosterone, hormon diferensiasi dan perilaku pada laki-laki; glukokortikoid, yang terlibat dalam mengatur kadar gula darah; dan ecdysone, hormon yang mengontrol peristiwa perkembangan pada serangga. Begitu hormon ini memasuki sel, mereka berinteraksi dengan protein sitoplasma atau nuklir yang disebut reseptor hormon . Reseptor / kompleks hormon yang terbentuk kemudian berinteraksi dengan DNA dimana ia bertindak sebagai transkripsi faktor untuk mengatur ekspresi gen tertentu. Hormon kedua, hormon peptida , adalah rantai asam amino linier. Seperti semua polipeptida lainnya, molekul ini dikodekan oleh gen. Contohnya adalah insulin, yang mengatur kadar gula darah, somatotropin, yang merupakan hormon pertumbuhan, dan prolaktin, yang menargetkan jaringan di payudara mamalia betina. Karena peptida hormon biasanya terlalu besar untuk melewati membran sel dengan bebas, sinyal yang mereka sampaikan harus ditransmisikan ke bagian dalam sel oleh reseptor yang terikat membran protein. Ketika hormon peptida berinteraksi dengan reseptornya, itu menyebabkan perubahan konformasi pada reseptor yang pada akhirnya mengarah pada perubahan proteins di dalam sel. Melalui serangkaian perubahan tersebut, sinyal hormonal yang ditransformasikan terpancarkan melalui sitoplasma sel dan masuk ke dalam nukleus, yang pada akhirnya memiliki efek mengatur ekspresi gen tertentu. Proses transmisi ini sinyal hormonal melalui sel dan masuk ke inti disebut transduksi sinyal.



KONTROL MOLEKULER TRANSKRIPSI PADA EUKARIOT SERTA KONTROL POSTTRANSCRIPTIONAL REGULATION BY RNA INTERFERENCE Urutan DNA Yang Terlibat Dalam Pengendalian Transkripsi Transkripsi dimulai di promotor gen, wilayah yang dikenali oleh RNA polimerase. Inisiasi yang akurat pada transkripsi dari promotor gen eukariotik membutuhkan beberapa protein tambahan, atau faktor transkripsi basal. Masing-masing protein ini mengikat urutan di dalam promotor untuk memfasilitasi penyelarasan RNA polimerase yang tepat pada template untai DNA. Transkripsi gen eukariotik juga dikendalikan oleh berbagai faktor transkripsi khusus, seperti yang terlibat dalam regulasi panas dan gen yang diinduksi hormon. Faktor ini mengikat elemen respons atau urutan yang disebut enhancer terletak di sekitar gen. Enhancer menunjukkan tiga sifat yang cukup umum: (1) mereka bertindak pada jarak yang relatif besar hingga beberapa ribu pasangan basa dari gen yang diatur; (2) mereka pengaruh pada ekspresi gen dan tidak tergantung pada orientasi, berfungsi sama dalam orientasi normal atau terbalik di dalam DNA; (3) efeknya tidak bergantung pada posisinya. Tiga karakteristik ini yang membedakan enhancer dari promotor, yang biasanya berlokasi di bagian hulu gen dan yang berfungsi hanya pada satu orientasi. Contoh kekhususan jaringan ini berasal dari studi tentang gen kuning di Drosophila. Lalat tipe liar menunjukkan pigmen warna hitam kecoklatan gelap pada semua struktur tersebut, sedangkan lalat mutan menunjukkan pigmen warna coklat kekuningan yang lebih terang. Namun pada beberapa mutan terdapat pola mosaik, hitam kecoklatan di beberapa jaringan dan coklat kekuningan di beberapa jaringan. Pola mosaik ini disebabkan mutasi yang mengubah transkripsi gen kuning di beberapa jaringan tetapi tidak



pada strain lain. Pamela Geyer dan Victor Corces telah menunjukkan bahwa gen kuning itu diulas oleh beberapa enhancer, beberapa di antaranya terletak di dalam intron, dan masingmasing enhancer mengaktifkan transkripsi di jaringan yang berbeda.



Bagaimana enhancer mempengaruhi transkripsi gen, hasil studi menunjukkan bahwa protein yang mengikat enhancer mempengaruhi aktivitas protein yang mengikat promotor, termasuk faktor transkripsi basal dan RNA polimerase. Kedua jenis protein tersebut dibawa ke dalam kontak fisik oleh multimerik kompleks yang terdiri dari setidaknya 20 protein berbeda. Mediator kompleks ini tampak membengkokkan DNA sedemikian rupa sehingga protein yang terikat pada suatu enhancer dapat disejajarkan dengan yang terikat pada promotor. Dengan cara ini, protein terikat ke enhancer melakukan kontrol atas transkripsi, yang dimulai di promotor. Protein Yang Terlibat Dalam Pengendalian Transkripsi: Faktor Transkripsi Penelitian selama tiga dekade terakhir telah mengidentifikasi sejumlah besar eukariotik protein yang merangsang transkripsi. Banyak dari protein ini tampaknya memiliki setidaknya dua domain kimia penting: domain pengikat DNA dan aktivitas transkripsi. domain vation. Domain ini dapat menempati bagian molekul yang terpisah, atau mereka mungkin tumpang tindih. Dalam reseptor protein hormone steroid yang merupakan faktor transkripsi pada hewan, domain pengikat DNA terletak pada pusat dan tampak tumpang tindih dengan domain aktivasi transkripsional yang menuju ujung asam amino. Banyak faktor transkripsi eukariotik memiliki struktur karakteristik motif tural yang dihasilkan dari asosiasi antara asam amino di dalam rantai polipeptida mereka. Salah satu motifnya adalah zinc finger, sebuah lingkaran peptida pendek yang terbentuk ketika dua sistein dalam satu bagian polipeptida dan dua histidin di bagian lain yang berdekatan mengikat bersama ion zink; segmen peptida antara dua pasang asam amino kemudian keluar dari tubuh utama protein sebagai semacam jari. Analisis mutasional telah menunjukkan hal ini, jari memainkan peran penting dalam pengikatan DNA. Motif kedua dalam banyak faktor transkripsi adalah helix-turn-helix, bentangan tiga heliks



pendek asam amino dipisahkan satu sama lain secara bergiliran. Genetik dan biokimia menganalisis telah menunjukkan bahwa segmen heliks paling dekat dengan ujung carboxy diperlukan untuk pengikatan DNA; heliks lainnya tampaknya terlibat dalam pembentukan dimer protein. Di banyak faktor transkripsi, motif helix-turn-helix bertepatan dengan suatu daerah yang sangat terlestarikan sekitar 60 asam amino yang disebut homeodomain, dinamai demikian karena terjadi dalam protein yang dikodekan gen homeotik Drosophila. Analisis klasik menunjukkan menyatakan bahwa mutasi pada gen ini mengubah nasib perkembangan kelompok sel. Motif struktural ketiga yang ditemukan dalam faktor transkripsi adalah leucine zipper, hamparan asam amino dengan leusin di setiap ketujuh posisi. Polipeptida dengan fitur ini dapat terbentuk dimer dengan interaksi antara leusin di masing-masing wilayah zipper. Biasanya, urutan zipper berbatasan dengan positif bentangan bermuatan asam amino. Ketika dua zipper berinteraksi, daerah bermuatan membentang ke arah berlawanan, membentuk permukaan yang dapat mengikat DNA bermuatan negatif. Motif struktural keempat ditemukan di beberapa bagian transkripsitors adalah helix-loop-helix, bentangan dua daerah heliks asam amino dipisahkan oleh lingkaran nonhelikal. Daerah helix memungkinkan dimerisasi antara dua polipeptida. Terkadang motif helix-loop-helix bersebelahan dengan hamparan basic (secara positif bermuatan) asam amino, sehingga bila terjadi dimerisasi, asam amino tersebut dapat berikatan untuk DNA bermuatan negatif. Protein dengan fitur ini dilambangkan dengan basic HLH, atau bHLH, protein. Faktor transkripsi dengan motif dimerisasi seperti leucine zipper atau helix-loop-helix, pada prinsipnya, bergabung dengan polipeptida seperti mereka untuk membentuk homodimer, atau dapat digabungkan dengan polipeptida berbeda untuk membentuk heterodimer.



Jalur RNAi Fenomena interferensi RNA melibatkan molekul RNA kecil yang disebut RNA interferensi pendek (siRNA) atau microRNA (miRNA). Molekul-molekul ini, panjangnya 21 sampai 28 pasang basa, dihasilkan dari molekul yang lebih besar, molekul RNA untai ganda oleh aksi enzimatis protein yang merupakan endonuklease spesifik RNA yang terdampar. Karena endonuklease ini "memotong" RNA yang besar menjadi potongan-potongan kecil, mereka disebut enzim Dicer. Dalam sitoplasma, siRNA dan miRNA tergabung dalam ribonukleoprotein partikel. SiRNA beruntai ganda atau miRNA dalam partikel-partikel ini tidak terikat, dan salah satu untaiannya dihilangkan secara istimewa. Untai tunggal RNA yang masih hidup kemudian dapat berinteraksi dengan molekul RNA pembawa pesan tertentu. Interaksi ini diperantarai oleh pasangan basa antara untai tunggal RNA di RNA-protein kompleks dan urutan komplementer dalam molekul RNA kurir karena interaksi ini mencegah ekspresi gen yang menghasilkan mRNA, the Partikel RNA-protein disebut RNA-Induced Silencing Complex (RISC). RISC dari organisme berbeda memiliki variasi dalam ukuran dan komposisinya. Kapanpun pasangan basa antara RNA di dalam RISC dan urutan target di mRNA sempurna atau hamper jadi, RISC memotong mRNA target di tengah wilayah yang berpasangan. mRNA yang terbelah kemudian terdegradasi, RISC mungkin berasosiasi dengan molekul mRNA lain dan menyebabkan pembelahan karena RISC dapat digunakan berulang kali tanpa kehilangan kemampuannya untuk menargetkan dan membelah mRNA, ia berlaku menjadi katalis. RNA terkait dengan RISC mengakibatkan pembelahan mRNA biasanya disebut dengan short interfering RNA. Jika RNA dalam RISC berpasangan secara tidak sempurna dengan urutan target, mRNA biasanya tidak dibelah, sebaliknya mRNA malah akan terhambat, yang memiliki efek ini biasanya disebut dengan microRNA.



Sumber RNA Interfering Pendek dan MicroRNA Beberapa molekul RNA kecil yang menginduksi RNAi berasal dari transkrip gen microRNA. Gen ini, biasanya dilambangkan dengan simbol mir, ditemukan di genom dari berbagai jenis eukariota; sekitar 100 gen mir hadir di C. elegans dan genom Drosophila, dan sekitar 250 terdapat dalam genom vertebrata. Awalnya, beberapa gen tersebut diidentifikasi melalui analisis mutasi itu mengubah regulasi gen lain. Saat gen mir ditentukan oleh mutasi tersebut dianalisis pada tingkat molekuler, mereka ditemukan memiliki sedikit atau tidak ada potensi pengkodean protein. Sebaliknya, mereka memiliki struktur yang aneh. Masing-masing berisi bentangan pendek nukleotida yang diulang dalam orientasi berlawanan di sekitar intervening segmen DNA. Ketika ditranskripsikan, struktur berulang terbalik ini dihasilkan sebuah RNA yang dapat melipat dirinya sendiri untuk membentuk batang pendek beruntai ganda di pangkalan dari loop beruntai tunggal. Enzim yang disebut Drosha mengenali ini stem-loop dan mengeluarkannya dari transkrip utama gen mir. Pembebasan stem-loop yang sudah dipotong kemudian diekspor ke sitoplasma di mana ia dibelah oleh Dicer untuk membentuknya sebuah miRNA. Di C. elegans, tempat proses ini ditemukan, Dicer menghapus loop dan memangkas stem dengan panjang 22 nukleotida pada setiap untaiannya. Setelah dalam RISC, miRNA — sekarang untai tunggal — dapat menargetkan urutan di mRNA diproduksi oleh gen lain,



menunjukkan pasangan basa antara miRNA dari C. elegans mir gen lin-4 dan salah satu target miRNA ini di 3 UTR dari mRNA dari gen penyandi protein, lin-14 . Melalui pasangan basa ini, garis -4 miRNA merepresi terjemahan mRNA lin-14 .



Molekul RNA untai ganda yang berasal dari transkrip klon dapat dimasukkan ke dalam sel kultur; mereka juga bisa disuntikkan ke organisme hidup. Sekali di dalam sel, RNA untai ganda memasuki jalur RNAi. Itu dipotong dadu menjadi siRNA molekul, yang kemudian dimasukkan ke dalam kompleks RNA-protein dan ditargetkan ke mRNA yang mengandung urutan pelengkap. Biasanya mRNA yang ditargetkan terdegradasi. Jadi, merawat sel atau organisme tertentu dengan tipe beruntai ganda RNA memiliki efek merobohkan atau merobohkan ekspresi gen tersebut yang sesuai dengan RNA itu. Oleh karena itu setara dengan menginduksi amorf atau mutasi hipomorfik pada gen. Jadi, RNAi sekarang digunakan untuk menganalisis fungsi gen pada ikan, hewan pengerat, dan manusia, serta organisme model yang lebih sederhana seperti C. elegans, Drosophila, dan Arabidopsis. Keterkaitan Organisasi Kromatin dengan Regulasi Ekspresi Gen Eukariot Kromosom eukariot terdiri dari bagian DNA dan protein yang sekiranya sama. Karakteristik kimia dari kromatin bervariasi sepanjang kromosom. Pada beberapa daerah misalnya histon yang meyusun sebagian besar protein dalam kromatin, diasetilasi dan di daerah lain sebagian nukleotida dalam DNA dimetilasi. Modifikasi kimiawi ini dapat mempengaruhi aktivitas transkripsi gen. Eukromatin dan Heretokromatin Variasi dalam kepadatan kromarin menyebabkan pewarnaan yang berbeda-beda pada berbagai macam bagian kromosom. Bahan pewarnaan itu biasa disebut heterokromatin dan



pasangan pewarnaannya disebut eukromatin. Sebagian besar gen eukariotik terletak di eukromatin. Ketika gen eukromatin ditransposisikan ke lingkungan heterokromatik, mereka cenderung berfungsi tidak normal dan dalam beberapa kasus ditemukan bahwa mereka tidak berfungsi sama sekali. Gangguan fungsi tersebut dapat menciptakan campuran karakteristik normal dan mutan pada individu yang sama, atau biasa disebut variasi efek posisi. Istilah ini digunakan karena keragaman fenotipe disebabkan oleh perubahan posisi gen eukromatik, khususnya dengan merelokasi ke heterokromatin. Banyak contoh variegasi efek posisi telah ditemukan di Drosophila, biasanya berhubungan dengan inversi atau translokasi yang memindahkan gen eukromatik ke dalam heterokromatin. Contohnya seperti pada Drosophila sp. tipe white. Dalam hal ini, alel tipe liar dari gen white telah dipindahkan oleh suatu inversi, dengan satu pemutusan di dekat ekromatik putih lokus dan yang lainnya di heterokromatin basal dari kromosobeberapa. Penataan ulang ini mengganggu ekspresi normal dari gen white dan menyebabkan fenotipe mata belang-belang. Pada hal ini, eukromarik gen white tidak dapat berfungsi dengan baik dalam lingkungan heterokromatik. Perilaku gen white pada lalat dengan kromosom X yang tersusun ulang ini menunjukkan bahwa ekspresi gen dapat dipengaruhi oleh kondisi yang tidak mengubah urutan nukleotida gen tersebut. Apalagi karena gen white diekspresikan di beberapa bagian mata, tetapi tidak di bagian lain. Dalam hal ini, keadaan epigenetik yang diwariskan melibatkan beberapa aspek organisasi kromatin dekat reposisi gen white. Organisasi Molekuler DNA Aktif Transkripsi Pada tahun 1976, Mark Groudine dan Harold Weintrauo menunjukkan bahwa DNA yang aktif secara transkripsi lebih sensitif terhadap DNase I daripada DNA yang tidak ditranskripsi. Groudine dan Weintraub mengekstrak kromatin dari sel darah merah ayam dan mencerna sebagian dengan DNase I daripada DNA yang tidak ditranskripsi. Groudine dan Weintraub mengekstrak kromatin dari sel darah merah ayam dan mencerna sebagian dengan DNase I. Kemudian mereka melakukan percobaan dengan sisa bahan kromatin untuk dua gen sekuens, yaitu ꞵ-globin, yang akan aktif di transkripsikan di sel darah merah dan tidak pada ovalbumin. Ditemukan bahwa lebih dari 50% DNA ꞵ-globin telah dicerna oleh enzim DNase I, dibandingkan dengan 10% DNA ovalbumin. Hal ini dapat dikatakan bahwa gen yang ditranskripsi secara aktif lebih “terbuka” untuk serangan nuclease. Penelitian selanjutnya menunjukkan tentang sensitivitas nuclease dari gen yang aktif secara transkripsi bergantung pada setidaknya dua protein non histon kecil, yaitu HMG14 dan HMG17. Ketika protein ini dikeluarkan dari kromatin aktif, sensitivitas nuclease akan hilang, dan begitu juga sebaliknya. Perlakuan kromatin terisolasi dengan konsentrasi DNase I yang sangat rendah menyebabkan DNA terbelah di beberapa situs tertentu, yang disebut dengan tepat. Situs DNase I sangat sensitif. Beberapa dari situs ini telah terbukti berada di hulu gen yang aktif secara transkripsi, baik di wilayah promotor atau peningkat. Signifikansi fungsional dari situs hipersensitif ini masih belum jelas, tetapi beberapa bukti menunjukkan bahwa mereka dapat menandai daerah di mana DNA dilepaskan secara lokal, mungkin karena transkripsi telah dimulai. Gen ꞵ–globin pada manusia diatur secara spasial dan temporal. Faktanya, ciri yang luar biasa dari kelompok gen ini adalah anggotanya diekspresikan pada waktu yang berbeda selama



perkembangan. Gen diekspresikan dalam embrio, dua gen diekspresikan pada janin, dan gen diekspresikan pada bayi dan orang dewasa. Aktivasi sekuensial gen dari satu sisi ke sisi lain dalam cluster tampaknya terkait dengan kebutuhan untuk menghasilkan jenis hemoglobin yang sedikit berbeda selama perkembangan manusia. Embrio, janin, dan bayi memiliki kebutuhan oksigen yang berbeda, sistem peredaran darah yang berbeda, dan lingkungan fisik yang berbeda. Perpindahan temporal dalam ekspresi gen ꞵ-globin tampaknya merupakan adaptasi terhadap berbagai kondisi yang berubah. Remodelling Kromatin Eksperimen yang menilai sensitivitas DNA terhadap pencernaan dengan DNase I telah menetapkan bahwa DNA yang di transkripsi lebih mudah diakses. Nuclease menyerang pada DNA yang tidak di transkripsi, namun pada DNA yang ditranskripsi, nukleosom diubah oleh kompleks multiproein yang pada akhirnya memfasilitasi terjadinya RNA polimerase. Perubahan nukleosom dalam persiapan transkripsi ini disebut dengan renovasi kromatin. Jenis lain dari kompleks remodeling kromatin akan mengganggu struktur nukleosom di sekitar promotor gen. Kompleks yang paling banyak dipelajari dari kompleks ini adalah kompleks SWI / SNF yang ditemukan dalam ragi roti. Kompleks ini dinamai untuk dua jenis mutasi yang mengarah pada penemuan protein penyusunnya. Kompleks terkait telah ditemukan dalam sel-sel organisme lain, termasuk manusia. Kompleks SWI / SNF terdiri dari setidaknya delapan protein. Ini mengatur transkripsi dengan menggeser histone octamers sepanjang DNA terkait dalam nukleosom yang juga dapat mentransfer para oktamer ke lokasi lain pada molekul DNA. Pergeseran nukleosom yang dikatalisis oleh kompleks SWI / SNF tampaknya memberikan akses faktor transkripsi ke DNA. Faktor-faktor yang kemudian dapat merangsang ekspresi gen. Kontrol Hormon Pada Ekspresi Gen Pada hewan tingkat tinggi, hormon disintesis pada beberapa sel sekretori terspesialis dan dihasilkan untuk menuju aliran darah. Hormon peptida tidak dapat masuk secara normal ke dalam sel karena ukuran relatifnya. Efeknya muncul untuk memediasi protein reseptor yang terletak di membran sel target dan oleh level intraseluler pada AMP siklik. Hormon steroid di sisi lain merupakan molekul yang kecil yang siap memasuki sel melalui membran plasma. Dalam sekali masuk akan sesuai dengan sel targetnya, hormon steroid akan menjadi ikatan yang rapat untuk protein reseptor spesific. Protein reseptor ini hanya terdapat pada sitoplasma pada sel target (contohnya pada sel yang terdifrensiasi pada level molekular). Aktivitas Transkripsi Oleh Hormon Steroid J. Stein, G. Stein dan L. Kleinsmith menjelaskan bagaimana protein non histon kromosomal dapat mengatur transkripsional pada gen tertentu. Histon disintesis, seperti DNA, selama fase S pada siklus sel. Ketika kromatin dari fase S (fase sintesis DNA) sel ditranskripsikan secara in vitro, mRNA bistone tersintesis. Ketika kromatin dari fase G1 (periode setelah penyelesaian mitosis, tetapi setelahnya menuju S) telah digunakan, non histon mRNA tersintesis. Ketika non histon dihapuskan dari kromatin fase G1 dan digantukan dengan protein krosomal non histon dari kromatin fase S, dan penyusunan kembali kromatin



ditranskripsikan secara in vitro, mRNA histon tersintesis. Pada sisi lain, ketika non histon disusun kembali, kromatin dari fase sel G1 dan DNA dan histon dari fase sel S, non histon mRNA tersintesis. Hasil ini mengindikasikan bahwa protein non histon pada kromatin menentukan apakah pengkodean gen untuk histon tertranskripsi. Oleh karena itu, protein non histon kromosomal memiliki peran penting pada regulasi ekspresi gen di eukariot. Bukti jenis ini tentu tidak mengesampingkan keterlibatan histon pada regulasi trasnkripsi. Regulasi tranksripsi pada eukariot mungkin melibatkan spesifik interaksi antara DNA, histon dan protein non histon kromosomal.



Question and Answer Annasa Sabatia (170342615589) 1. Sebutkan dua kelas hormone yang terdapat pada hewan beserta contohnya! Jawab: Pada hewan terdapat dua kelas hormon umum. Kelas pertama yaitu hormon steroid yang merupakan molekul kecil yang larut dalam lemak dan berasal dari kolesterol. Karena sifat lipid mereka, mereka memiliki sedikit atau tidak ada kesulitan melewati membran sel. Contohnya adalah estrogen dan progesteron, yang memainkan peran penting dalam siklus reproduksi wanita; testosteron, hormon diferensiasi dan perilaku pria; glukokortikoid, yang terlibat dalam mengatur kadar gula darah; dan ecdysone, hormon yang mengontrol kejadian perkembangan pada serangga. Begitu hormon-hormon ini memasuki sel, mereka berinteraksi dengan protein sitoplasma atau nuklir yang disebut reseptor hormon. Reseptor /hormon kompleks yang terbentuk kemudian berinteraksi dengan DNA di mana ia bertindak sebagai faktor transkripsi untuk mengatur ekspresi gen tertentu. Hormon kedua yaitu hormon peptida, merupakan rantai linier asam amino. Seperti semua polipeptida lainnya, molekul-molekul ini dikodekan oleh gen. Contohnya pada insulin yang mengatur kadar gula darah, somatotropin, yang merupakan hormon pertumbuhan, dan prolaktin, yang menargetkan jaringan di payudara mamalia betina. Karena hormon peptide biasanya terlalu besar untuk melewati membran sel, sinyal yang mereka sampaikan harus ditransmisikan ke bagian dalam sel oleh reseptor yang terikat membrane protein). Ketika hormon peptida berinteraksi dengan reseptornya, itu menyebabkan perubahan konformasi pada reseptor yang akhirnya mengarah pada perubahan protein lain di dalam sel. Melalui kaskade perubahan seperti itu, sinyal hormon ditransmisikan melalui sitoplasma sel dan ke dalam nukleus, di mana ia akhirnya memiliki efek mengatur ekspresi gen tertentu. Proses transmisi ini sinyal hormonal melalui sel dan masuk ke nukleus disebut transduksi sinyal. 2. Berikan contoh tentang heterokromatin dan eukromatin! Jawab: Contoh heterokromatin dan eukromatin dapat ditemukan pada Drosophila sp. tipe white. Pada tipe ini, lalat memiliki mata belang-belansg putih yang dikarenakan adanya alel tipe lain dari gen white yang dipidahkan oleh suatu inversi dan satu pemutusan di dekat ekromatik putih lokus dan yang lainnya di heterokromatin basal dari beberapa kromosom. Hal ini dapat mengganggu ekspresi normal dari gen white



dan menyebabkan terjadinya mata belang-belang. Pada hal ini, eukromarik gen white tidak dapat berfungsi dengan baik dalam lingkungan heterokromatik.



Nur Raiyan Jannah (180342618004) 1. Bagaimana prinsip kerja hormon steroid dalam aktivasi transkripsi? Jawab: Kompleks protein reseptor hormon akan mengaktifkan transkripsi gen terget dengan mengikat ke sekuen DNA spesifik yang ada di daerah regulator cis-acting dari gen. Atau kompleks protein reseptor hormon akan berinteraksi berinteraksi dengan protein protein kromosom kromosom nonhistone nonhistone spesifik spesifik (protein (protein nonhiston spesifik hanya ada dalam kromatin sel target). Interaksi ini kemudian merangsang transkripsi gen yang benar. 2. Bagaimana mekanisme hormone glucocorticoid dalam aktivasi ekpresi gen? Jawab : dengan tidak dengan tidak adanya hormon, adanya hormon, reseptor glucocorticoid reseptor glucocorticoid membentuk kompleks membentuk kompleks dengan protein yang disebut Hsp90 dan tetap berada di sitoplasma. Saat hormon hadir, protein protein terikat terikat (Hsp90) (Hsp90) tersebut tersebut dilepaskan, dilepaskan, dan kompleks kompleks memasuki memasuki nucleus nucleus melalui melalui pori-pori pori-pori di dalam nuclear. nuclear. Kompleks Kompleks reseptor reseptor hormone hormone kemudian kemudian mengikat mengikat glucocorticoid respon elemen (GRE) dalam elemen penambah (enhancer) yang terletak dekat dengan masing-masing gen target. Pengikatan kompleks reseptor hormone dengan GRE entah bagaimana menyebabkan elemen penambah (enhancer) mengaktifkan promoter promoter gen target. gen target. Pada hasil akhirnya, asil akhirnya, tingkat tingkat trankripsi gen trankripsi gen target sangat target sangat meningkat meningkat dengan adanya hormon.