Regulasi Ekspresi Gen Pada Eukariotik


Baik prokariotik (bakteri) maupun eukariotik harus meregulasi atau mengatur ekspresi gen-gen yang dimilikinya. Pangaturan atau regulasi tersebut meliputi kapan suatu gen harus diekspresikan dan kapan suatu gen harus disilent (tidak diekspresikan). Pengaturan atau regulasi ekspresi gen pada prokariotik (bakteri) biasanya menggunakan model operon seperti yang telah dibahas pada postingan sebelumnya (Regulasi Ekspresi Gen pada Bakteri). Sedangkan Pengaturan atau regulasi ekspresi gen pada eukariotik melalui beberapa tahapan/ tingkatan. Berikut adalah tahapan/ tingkatan dalam regulasi ekspresi gen pada eukariotik :

1. Regulasi ekspresi gen pada struktur kromatin

DNA di dalam sel terpacking mambentuk kromatin. Dalam packing DNA membentuk kromatin atau kromosom ada beberapa tahapan. DNA tergulung pada protein yang disebut dengan protein histon membentuk nukleosom. Kumpulan nukleosom tersebut digulung lagi membentuk suatu struktur menyerupai fiber. Fiber tersebut digulung lagi  hingga membentuk kromatin. Berikut gambaran selengkapnya :
protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 1. Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom
Salah satu pengaturan atau regulasi ekspresi gen terjadi, ketika DNA menggulung pada protein histon. Ujung N (N-terminus) dari setiap protein histon menonjol keluar dari nukleosom. Penonjolan tersebut dengan dikatalisis enzim tertentu dapat ditempeli berbagai gugus senyawa kimia, seperti seperti asetil (-COCH3), metil,dan gugus fosfat. Sebagai contoh regulasi atau pengaturan ekspresi gen yang terjadi adalah apabila terjadi penempelan gugus asetil (-COCH3) pada protein histon (histone acetylation). Ketika terjadi histone acetylation, kromatin menjadi terurai sehingga DNA bisa ditranskripsi menjadi RNA.

ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 2. Ujung histon  seringkali ditempeli gugus kimia, merupakan bagian dari regulasi ekspresi gen


2. Regulasi ekspresi gen pada eukariotik saat proses inisiasi transkripsi DNA

Proses inisiasi transkripsi DNA pada eukariotik lebih kompleks jika dibandingkan pada prokariotik. Transkripsi DNA pada eukariotik harus melibatkan transcription factor dan enhancer dan protein protein tertentu.
Enhancer adalah urutan nukleotida yang jauh jaraknya cukup jauh dari gen. Transcription factor adalah protein yang mempengaruhi terjadinya transkripsi DNA pada eukariotik. Transcription factor dapat berupa aktivator atau repressor.

Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 3. Inisiasi transkripsi dari eukariotik


Gambar diatas merupakan mekanisme dari inisiasi transkripsi pada eukariotik. Berikut penjelasannya :
1. Transkripsi DNA pada eukariotik diawali dengan menempelnya aktivator (protein) pada enhancer. Enhancer mempunyai 3 situs ikatan (binding site) yang masing – masing disebut dengan distal control element.
2. Setelah aktivator menempel pada enhancer, bending protein akan berikatan dengan DNA yang terletak diantara enhancer dan promotor. Ikatan DNA-bending protein tersebut menyebabkan DNA membentuk loop, sehingga inducer yang telah ditempeli aktivator berdekatan dengan promotor, transcription factor, protein mediator, dan RNA polimerase II berdekatan.
3. Aktivator kemudian berikatan dengan transcription factor, protein mediator yang selanjutnya memicu terjadinya proses transkripsi DNA pada eukariotik.


Letak Regulasi ekspresi gen ketika inisiasi transkripsi  tersebut ada pada transcription factor. Jika transcription factor merupakan repressor, transkripsi DNA tidak dapat berlangsung.

Pengaturan ekspresi gen saat inisiasi transkripsi  juga terletak pada enhancer dan aktivator. Enhancer mempunyai 3 situs ikatan (binding site) yang masing-masing mengikat suatu aktivator yang spesifik. Jika dalam suatu sel terdapat aktivator untuk masing- masing situs ikatan (binding site) maka proses transkripsi dapat berlangsung. Sebagai contoh adalah regulasi ekspresi gen ketika proses differensiasi embrio. Semua sel embrio memiliki gen – gen yang sama, namun hanya bakal sel hati yang mengekspresikan protein albumin dan hanya bakal sel lensa (mata) yang mengekspresikan kristalin. Control element (aktivator) dari kedua gen tersebut mempunyai kombinasi yang berbeda walaupun mempunyai satu jenis control element (aktivator). Pada Gambar 4, Control element (aktivator) yang sama disimbolkan dengan warna abu-abu.

Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 4. control element (aktivator) pada gen pengkode protein albumin dan protein kristalin 

 Transkripsi gen pengkode albumin akan terjadi jika ketiga Control element (aktivator) ada dalam sel dan ketiganya hanya terdapat pada bakal sel hati. Sehingga gen tersebut hanya terekspresi di sel bakal hati meskipun semua sel memiliki gen tersebut.
Transkripsi gen pengkode protein kristalin akan terjadi jika ketiga Control element (aktivator) ada dalam sel dan ketiganya hanya terdapat pada bakal sel lensa (mata), Sehingga gen tersebut hanya terekspresi di sel lensa (mata) meskipun semua sel memiliki gen tersebut. 

Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 5. (a). Gen pengkode protein albumin hanya terekspresi di sel bakal hati karena aktivator hanya ada dalam sel bakal hati; (b). Gen pengkode protein kristalin hanya terekspresi di sel bakal lensa mata karena aktivator hanya ada dalam sel bakal lensa mata


3. Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi

RNA hasil transkripsi DNA dari eukariotik tidak langsung ditranslasi menjadi protein, namun harus melewati beberapa proses terdahulu, salah satu proses yang harus dilalui yaitu intron splicing.
RNA hasil traskripsi pada eukariotik disebut dengan primary RNA. yang terdiri dari bagian intron dan bagian ekson. Intron adalah bagian atau segmen dari RNA yang tidak menyandikan asam amino, sedangkan ekson adalah bagian atau segmen dari RNA yang menyandikan suatu asam amino. Intron splicing adalah suatu proses pemotongan atau pembuangan bagian intron dari primary RNA sehinnga membentuk mRNA. Dari proses intron splicing tersebut terkadang suatu primary RNA dapat membentuk mRNA yang berbeda-beda. Sebagai contoh, pada gen troponin yang dapat menghasilkan 2 protein yang berbeda. primary RNA yang dihasilkan dari gen tersebut mempunyai 5 ekson. Saat proses intron splicing, primary RNA dapat menghasilkan mRNA yang tersusun dari ekson ke-1, ke-2, ke-3, ke-5 atau yang tersusun dari ekson ke-1, ke-2, ke-4, ke-5. Masing-masing mRNA tersebut menghasilkan protein yang berbeda.

Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin),
Gambar 6. Saat proses Intri splicing (RNA splicing), gen Troponin dapat menghasilkan 2 jenis mRNA

Pada beberapa sel eukariotik, inisiasi translasi mRNA menjadi protein membutuhkan suatu inisiator yang sering kali disebut dengan  initiation factor. Sebagai contoh mekanisme translasi mRNA yang ada dalam telur. Sebelum terjadi pembuahan, mRNA tersebut tidak ditranslasi menjadi protein. Namun sesaat setelah pembuahan, initiation factor memicu terjadinya proses translasi. Contoh lain suatu mRNA pada tanaman alga. mRNA tersebut ketika kondisi gelap tidak ditranslasi. Namun ketika ada cahaya mRNA tersebut segera ditranslasi menjadi protein.


Polipeptida (protein) yang dihasilkan dari translasi belum merupakan protein fungsional. Polipeptida (protein) tersebut harus diproses dan dimodifikasi terlebih dahulu agar menjadi protein fungsional.

Beberapa protein yang telah disintesis juga harus didegradasi apabila sudah tidak dibutuhkan lagi, bahkan jika terus ada dalam sel, protein tersebut justru akan membahayakan sel. Seperti protein siklin (cyclin) yang berperan dalam regulasi siklus sel, protein siklin (cyclin) harus segera didegradasi tidak dibutuhkan lagi. Protein yang akan didegradasi tersebut ditempeli oleh molekul kecil yang disebut dengan ubiquitin. Protease kemudian mengenali ubiquitin yang telah menempel pada protein. Kemudian protein tersebut di degradasi oleh protease. 

Demikian postingan kali ini tentang Regulasi Ekspresi Gen Pada Eukariotik. SEMOGA BERMANFAAT

Selanjutnya Baca :


Baca Juga :

Aneuploidy : monosomi dan trisomi serta Penyakit yang Ditimbulkannya

Penentuan Jenis Kelamin, Pola Pewarisan Kromosom Sex dan Gen yang Terpaut Kromosom Sex

Penyakit Kelain Genetik yang Diwariskan Berdasarkan Sifat Resesif dan Cara Deteksinya

Kata Kunci :
Tahapan packing DNA hingga membentuk Kromatin / kromosom, protein histon, nuklrosom, kromatid, kromatin, ujung histon, ujung histon yang seringkali ditempeli gugus kimia, inisiasi transkripsi dari ekukariotik, transcription factor, enhancer, intron splicing pada gen troponin, Regulasi ekspresi gen eukariotik pada post-transkripsi, inisiasi translasi mRNA,  protein siklin (cyclin).


Load disqus comments

0 comments