Regulasi dan Ekspresi Genetik

Bagaimana sebuah sel tunggal “zygote” hasil pembuahan bisa tumbuh menjadi seorang manusia utuh dengan seratusan triliun sel kompleks yang berbeda-beda bentuk, ukuran dan variasi-variasinya? Dan bagaimana pula caranya setiap sel tumbuh pada tempatnya tanpa tertukar satu sama lain?

zygote-to-baby

Image from iupui.edu

Kita tahu bahwa setiap sel memiliki satu paket utuh DNA yang merupakan resep genetik, pada manusia paket DNA ini berupa 23 pasang kromosom. Semua resep genetik manusia ada di situ, mulai dari resep membuat rambut, otak, mata, enzim amilase di air liur, membuat jantung, paru-paru hingga sel-sel kuku jempol kaki semuanya ada. DNA dalam setiap sel tubuh identik, DNA yang dianalisa dari alis bulu mata seseorang akan persis sama dengan DNA yang diambil dari darahnya, dan ini sama dengan DNA pada sel zygote-nya ketika telur sang ibu berhasil dibuahi sperma sang ayah.

Yang ajaib, kok bisa sel tunggal (zygote) membelah dan tumbuh menjadi makhluk multisel kompleks tanpa ada yang salah atau tertukar posisinya? Untunglah mata kita tumbuh di rongga mata pada tengkorak kepala, bagaimana kalau tumbuh di kaki?

Di sinilah letak keagungan Sang Khaliq. Meskipun resep genetik (DNA) di dalam setiap sel sama/identik (dengan beberapa pengecualian tentunya), tapi tidak semua bagian resep itu dibaca dan diterjemahkan secara serabutan. Setiap sel hanya membaca bagian tertentu resep yang menjadi miliknya saja secara selektif, dan setiap sel tahu kapan resep tersebut digunakan dan berapa banyak protein yang harus dibuat dari resep tersebut. Ada mekanisme ON dan OFF di sini.

Begitu pula ketika sel tunggal zygote berkembang menjadi organisme multiseluler kompleks yang tersusun atas triliunan sel dengan variasi yang berbeda, mekanisme kerja mesin genetik dalam sel-sel kita pastilah melibatkan proses yang memiliki regulasi yang rumit. Jenis gen apa saja yang ON pada waktu-waktu tertentu harus dikontrol secara presisi, begitu pula dengan jumlah protein yang dihasilkan masing-masing sel. Ini bisa terlihat dalam tahapan perkembangan janin dalam rahim ibu, dimana bagian kepala akan berkembang lebih dulu ketimbang bagian kaki. Pada bayi yang baru lahir, sel-sel otaknya akan tumbuh jauh lebih cepat dibanding sel-sel lain, akan tetapi pada usia tertentu pertumbuhan sel otak terhenti dan justru bagian tubuh lain yang lebih berkembang.

Inilah yang disebut sebagai regulasi dan ekspresi genetik. Sebelum membaca lebih jauh, ada baiknya melihat dulu artikel-artikel berikut yang berkaitan dengan ekspresi genetik.

Sekarang mari kita telusuri bagaimana regulasi genetik bekerja dan apa saja yang terlibat.

Promoter

Gene-structure

Structure of a Gene. Image from wellcome.ac.uk

Promoter adalah suatu sekuen DNA yang spesifik terdapat sebelum daerah pengkodean yang membawa informasi untuk membuat suatu gen ON atau OFF. Promoter dikenali oleh suatu regulatory protein dalam sel yang akan terikat padanya sehingga mempengaruhi transkripsi gen.

Ada gen yang dalam kondisi normal tidak aktif karena aktifitasnya diblokir oleh protein repressor. Jika pada kondisi tertentu produksi protein dibutuhkan, maka akan ada protein inducer yang akan mengikat protein repressor dan menginaktifkannya, akibatnya gen tadi menjadi aktif dan membuatnya bisa ditranskripsikan.

Ada juga gen yang dalam kondisi normal justru aktif dan ditranskripsikan secara teratur. Gen seperti ini juga punya protein repressor tapi proteinnya lah yang tidak aktif. Jika pada kondisi tertentu produksi protein harus dikurangi atau distop, maka protein repressor akan dibuat berfungsi dengan kedatangan molekul corepressor yang akan membuat suatu kompleks dengannya. Karena repressornya aktif maka aktifitas gen akan terhambat atau berhenti.

Gambar berikut ini menunjukkan struktur gen eukaryota, posisi promoter berada pada bagian awal gen (ujung 5′).

Alternative Splicing

Selain pemblokiran dan pengaktifan ekspresi gen pada tahan inisiasi transkripsi, regulasi bisa juga terjadi pada tahapan lain dari pathway gen-ke-protein (lihat lagi tentang Dogma Central di sini). Pada tahap pasca transkripsi bisa juga terdapat “alternative splicing“, yang mengakibatkan diproduksinya protein yang berbeda-beda dari suatu gen yang sama pada kondisi yang berbeda.

Seperti kita tahu, pada eukaryot RNA hasil transkripsi akan melalui tahapan pemotongan dan penyambungan (splicing) sehingga menjadi mature RNA yang nantinya akan ditranslasi jadi protein. Nah, titik pemotongan dan penyambungan ini bisa berbeda sehingga menghasilkann mature RNA yang berbeda, dan otomatis protein hasil translasinya pun berbeda.

Gambaran proses splicing bisa dilihat pada gambar struktur gen di atas. Sedangkan gambar berikut menjelaskan bagaimana splicing bisa menghasilkan beberapa protein berbeda.

alternative splicing

Alternative Splicing. Image from ncbi.nlm.nih.gov

Translation initiation & modification

Tahap awal dan pasca translasi mRNA menjadi protein juga ada regulasinya. Faktor-faktor inisiasi translasi dapat dimodulasi dengan fosforilasi faktor inisiasi dan hubungannya dengan protein lain. Begitu pula pasca translasi, ada modifikasi semisal glikosilasi dan asetilasi untuk mengatur apakah suatu protein ON ataukah OFF.

post-translation-modif

Post Translational Modification. Image from csbsju.edu

Singkatnya, mesin biologis dalam tubuh kita dan setiap makhluk hidup yang mengatur ekspresi gen mestilah merupakan suatu sistem rumit yang bekerja pararel, sangat teratur, mampu mengetahui kapan dan gen mana saja yang aktif atau tidak, berapa besar ekspresi yang dihasilkan dan di sel apa saja ia harus aktif. Sungguh-sungguh luar biasa. Mengandalkan informasi berupa urutan DNA genom yang hingga saat ini semakin banyak saja yang terungkap tidak akan cukup, itu hanyalah resep untuk membuat protein. Tapi untuk menjawab siapa, apa, kapan, bagaimana dan mengapa semua itu terjadi pada berbagai proses biologis dalam tubuh kita, kita memerlukan lebih banyak lagi informasi selain sekedar resep saja.

, , , , , , ,

5 Responses to Regulasi dan Ekspresi Genetik

  1. Heppy P (Smakbo 48th) August 16, 2011 at 9:54 am #

    Subhanallah!! tnx, nice info kak Yepy

    • yepyhardi August 24, 2011 at 10:29 am #

      Makasih Heppy, sering-sering mampir ya..

  2. theadesy November 10, 2011 at 5:16 am #

    om yepy nulisnya dmn ya? jakarta? bandung? jogja? artikelnya mau dipakai untuk diskusi tutorial ni, jd harus ada lokasinya buat laporan.. :) tak tunggu jawabnya sebelum jumat ya om. makasi.. artikelnya bagus ^_^

    • yepyhardi November 10, 2011 at 6:21 am #

      Wah, seneng banget nih tulisan kita bisa digunakan sbg bahan diskusi..
      Saya lokasi di Bogor mbak..
      Kalau ada masukan dari hasil diskusi ditunggu ya..

  3. Qieyyah June 21, 2012 at 8:57 am #

    makasi ya mas yepy, bener2 bermanfaat u referensi tgs kuliah

Leave a Reply