kontrol ekspresi gen eukariot

REGULASI EKSPRESI GEN ORGANISME EUKARIOT

Yuyun Maryuningsih

■ DNA dalam nukleus semua sel mengandung informasi yang lengkap untuk membentuk individu baru

– Kloning hewan

■ Perbedaan masing-masing sel akibat perbedaan pola ekspresi gen

■ Regulasi ekspresi gen eukariot

– Tahap transkripsi

– Tahap pemrosesan pre-mRNA

– Tahap translasi

KONTROL TAHAP TRANSKRIPSI

Figure 8-73 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

DNA microarray

■ Analisis ekspresi gen

Faktor transkripsi

■ Protein yang meregulasi ekspresi gen

– Faktor transkripsi umum

■ Terikat promoter bersama RNA pol

– Aktivator transkripsi

– Represor transkripsi

■ Satu gen dapat diregulasi oleh banyak sisi regulator, masing-masing terikat faktor-faktor transkripsi berbeda

– Kombinasi faktor transkripsi yang tepat menentukan apakah suatu gen ditranskripsi atau tidak

Struktur faktor transkripsi

■ Domain pengikat DNA

■ Domain aktivasi

■ Motif

– Zinc finger

– Helix-loop-helix (HLH)

– Leucine zipper

– HMG-box

Bagaimana menentukan bagian DNA mana yang berinteraksi dengan faktor transkripsi

■ Deletion mapping

■ DNA footprinting

■ Genome-wide location analysis

9

Deletion mapping: Analisis delesi untukidentifikasi daerah kontrol transkripsi

■ Kemampuan ditranskripsi hilang atau menurundrastis bila delesi terjadi pada bagian:

– TATA box

■ regulasi inisiasi transkripsi

– GC box

■ mempengaruhi frekuensi RNA pol mentranskripsi

– CAAT box

■ mempengaruhi frekuensi RNA pol mentranskripsi

DNA footprinting DNA yang tertutupprotein tidak dapatdihidrolisis oleh nuklease

Genome-wide location analysis

■ Identifikasi semua bagian DNA yang terikat suatu faktor transkripsi

■ Sel dibunuh dengan formaldehide dan faktor transkripsi diikat-silang dengan DNA dimana dia terikat

■ Kromatin diisolasi dan dipatahkan menjadi fragmen pendek

■ Kromatin diendapkan dengan antibodi terhadap faktor transkripsi (chromatin immunoprecipitation / ChIP)

■ Ikatan kromatin-antibodi dilepas

■ Sequence kromatin ditentukan (misalnya dengan microarray)

13

Aktivasi gen oleh hormon

AD = domain aktivasi

DBD = domain

pengikat DNA

LBD = domain

pengikat ligan

Response element glukokortikoid (GRE):

5’-AGAACAnnnTGTTCT-3’

Daerah regulasi aktivitas gen

■ Elemen proksimal: letaknya dekat gen

■ Elemen promoter distal: letaknya jauh dari gen

– Response element

– Enhancer

■ Panjang 200 pb, banyak sisi pengikatan faktor transkripsi

■ Insulator : memisahkan promoter-enhancer suatu gen dengan promoter-enhancer

gen lain

Ko-aktivator

■ Kompleks protein yang besar yang mempengaruhi aktivitas faktor transkripsi

■ Dua kelompok:

– Berinteraksi dengan faktor transkripsi umum (GTF)

■ Interaksi dengan TAF dari TFIID

■ Mediator: menghubungkan faktor transkripsi pada enhancer dengan GTF

– Berinteraksi dengan kromatin

16

Kontrol transkripsi eukariot

Figure 4-38a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Asetilasi: melonggarkan struktur kromatin

■ HAT (histon asetil transferase)

– Menambah gugus asetil pada histon

– Protein memperoleh akses untuk

berinteraksi dengan DNA

■ Banyak koaktivator mempunyai aktivitas

HAT

Aktivasi gen

■ Aktivator terikat DNA

■ Ko-aktivator ditarik ke kromatin target

■ Histon diasetilasi

■ Chromatin remodelling complex terikat

– Gunakan ATP untuk mengubah struktur dan lokasi nukleosom

– Faktor transkripsi dan protein-protein lain dapat terikat pada daerah regulator DNA

Represi transkripsi

■ Histon deasetilase (HDAC)

– Subunit dari kompleks ko-represor

– Ditarik ke daerah regulator gen yang akan diinaktifkan

■ Histon metil transferase (mis. SUV39H1)

– Histon H3 mengalami metilasi pada Lys

Metilasi DNA

■ DNA metil transferase

– Metilasi C5 dari Cytosine pada urutan CCGG, GCGC, ACGT

■ Metilasi DNA mempertahankan gen tetap inaktif

– Protein terikat DNA dan menarik kompleks ko-represor dengan aktivitas HDAC dan

SUV39H1

Perubahan pola metilasi DNA pada siklushidup mamalia

■ Fertilisasi: de-metilasi

■ Blastosist: metilasi de novo

Genomic imprinting

■ Ada gen-gen yang aktif atau inaktif selama perkembangan embrio awal, tergantung gen diwarisi dari induk paternal atau maternal

– Akibat metilasi DNA yang berbeda

– Tidak dipengaruhi oleh proses de-metilasi dan re-metilasi pada embrio

– Pada sel germinal, Imprint parental dihapus pada embrio dan terjadi lagi pada pembentukan gamet.

■ Misalnya

– Gen faktor pertumbuhan fetus IGF2 aktif pada kromosom parental jantan

– Gen saluran kalium aktif pada kromosom parental betina

KONTROL TAHAP PEMROSESAN


Splicing alternatif

■ Satu gen dapat mengkode 2 polipeptida

■ Jalur splicing tergantung tahap perkembangan atau

jenis jaringan

Protein hasil alternative splicing

■ Sebagian besar urutan asam-aminonya sama

■ Berbeda di tempat-tempat tertentu, yang akan mempengaruhi

– Lokasi di dalam sel

– Ligan yang dapat diikat

– Kinetika aktivitas katalitiknya

■ Ada sistem regulasinya

– Sisi splicing yang lemah

– Exonic splicing enhancer sebagai tempat pengikatan protein regulator pada exon

■ 60% gen manusia mengalami alternative splicing

KONTROL TAHAP TRANSLASI

Lokasi mRNA di dalam selApakah mRNA ditranslasi atau tidak

Stabilitas mRNA

Lokasi mRNA di dalam sel

■ Informasi lokasi mRNA ada pada 3’UTR (zip-codes)

– Interaksi dengan protein spesifik

– Dibawa oleh protein motor sepanjang mikrotubul

– Diisangkutkan pada mikrofilamen

Kontrol translasi pada sel telur

■ Sel telur diinkubasi dengan asam amino radioaktif → tidak terjadi translasi

■ Sel telur yang telah difertilisasi, diinkubasi dengan asam amino radioaktif → terjadi translasi

■ Sel telur yang telah difertilisasi, diinkubasi dengan asam amino radioaktif dan aktinomisin D (inhibitor transkriosi) → terjadi translasi

■ Kesimpulan?

■ Inisiasi translasi diawali dengan:– Inaktivasi protein inhibitor yang terikat mRNA

– Pemanjangan ekor poli(A) pada mRNA

Pengaruh stress pada sel

■ Contoh stress

– Kejutan panas

– Infeksi virus

– Kehadiran protein

yang salah melipat

– Kekurangan asam

amino

■ Akibat stress, kinase protein

teraktivasi dan eIF2 difosforilasi

– eIF2 tidak dapat menukar GDP

dengan GTP

– Inisiasi sintesis protein terhenti

Inhibitor translasi

■ Iron regulatory protein (IRP)

– Ferritin mengikat atom Fe di dalam sitoplasma sel, sehingga sel terlindungi dari keracunan Fe

– Aktivitas IRP tergantung [Fe] bebas

■ [Fe] rendah: IRP terikat IRE (iron response element) pada 5’UTR mRNA ferritin, ribosom tidak dapat terikat mRNA

■ [Fe] tinggi: IRP tidak dapat terikat IRE

■ miRNA

Kontrol stabilitas mRNA

■ t ½ mRNA eukariot bervariasi

– FOS (terlibat kontrol pembelahan sel): 10-30 menit

– Hemoglobin, ovalbumin: 24 jam

■ Stabilitas mRNA dipengaruhi

– Panjang ekor poli(A)

– Urutan nukleotida pada 3’UTR


Degradasi mRNA

Beberapa sistem kontrol ekspresi gen yang lain

■ Translational frameshifting

■ Termination codon read-through

■ mRNA editing

■ Alternative translation initiation

■ Translational bypassing

■ Protein splicing

KONTROL PASCA TRANSLASI: STABILITAS PROTEIN

35


Proteasome

■ Cap

■ Subunit

■ Subunit β

■ Subunit

■ Cap

36


Protein yang terikat ubiquitin di degradasi dalam proteasome

Penentu stabilitas protein

■ Asam amino pada ujung N polipeptida

■ Urutan asam amino di tengah protein (degron)

■ Fosforilasi protein

kontrol ekspresi gen eukariot

Documents