REGULASI EKSPRESI GEN DAN PERKEMBANGANNYA PADA EUKARIOT
Apabila dilakukan pemeriksaan secara mikroskopik terhadap sel saraf, sel-sel ginjal, sel hati, sel tulang, maupun sel rambut, dapat ditemukan begitu banyak perbedaan fenotip dari sel-sel tersebut. Hal ini terjadi karena tidak semua gen yang ada di dalam nukleus diekspresikan pada sel yang ada di saat yang sama. Bahkan, pada differensiasi sel-sel eukariot tingkat tinggi, hanya sebagian kecil (kurang dari 10 %) dari gen yang diekspresikan pada beberapa jaringan. Namun, jawaban yang lebih rinci dari pertanyaan ini muncul lebih cepat pada kasus lalat buah Drosophila melanogaster dan cacing kecil Caenorhabditis elegans.
Adanya regulasi gen membuat masing-masing kelompok gen menghasilkan jaringan ataupun organ yang sesuai dengan masing-masing individu. Misalnya, pada lalat buah, nantinya akan akan memiliki organ yang sesuai ditempat yang tepat, seperti antena dan mata di kepala, kaki dan sayap di toraks, dan organ genital di abdomen. Tetapi, mutasi pada kunci regulasi gen dapat merusak bentuk normal dari perkembangan hingga menghasilkan lalat buah yang memiliki struktur seperti kaki pada tempat dimana seharusnya terdapat antena. Dengan kata lain, ekspresi dari gen diatur dan koordinasi regulasi dari ekspresi gen bertanggung jawab terhadap keanekaragaman sel yang berkembang selama perkembangan tumbuhan dan hewan tingkat tinggi.
Differensiasi Selular pada eukariotik Tingkat Tinggi
Selama perkembangan eukariot tingkat tinggi, sel zigot mengalami pembelahan mitosis dan membentuk tipe-tipe sel dengan morfologi yang berbeda. Tipe ini sangat terspesialisasi dan hanya memiliki fungsi metabolik tertentu. Misalnya, sel darah merah terspesialisasi untuk sintesis dan sebagai tempat untuk menyimpan hemoglobin. Contoh lainnya yaitu sel-sel saraf yang mampu mensintesis neurotransmiter. Melalui mekanisme apa sel-sel tersebut berdeferensiasi satu sama lain selama pertumbuhan dan perkembangan suatu organisme? Melalui mekanisme apa ekspresi gen-gen neurotransmiter di neuron dan rendahnya ekspresi ggen-gen ini pada tipe sel lainnya dapat terjadi?
Satu-satunya jawaban definitif atas pertanyaan ini yaitu bahwa ekspresi gen-gen ini dikontrol, setidaknya pada tingkat transkripsi. Molekul-molekul RNAd hemoglobin dijumpai pada sel-sel darah merah, tetapi tidak dijumpai ditipe sel lainnya yang tidak mensintesis hemoglobin. Diferensiasi terjadi melalui regulasi ekspresi gen, dibandingkan melalui perubahan komposisi genom. Misalnya pada sel darah merah mamalia, nukleus dari sel darah merah ini dibuang pada tahap akhir diferensiasi, sehingga nukleus tersebut dibutuhkan hanya dalam waktu yang tidak lama.
Selama perkembangan tanaman dan hewan, ekspresi gen kelihatannya diregulasi pada beberapa level yang berbeda, yaitu pada saat transkripsi, pemprosesan pre-mRNA, stabilitas mRNA, translasi, pemprosesan protein post translasi, stabilitas protein dan fungsi enzim. Akan tetapi, data yang ditunjukkan saat ini bahwa ekspresi gen pada dasarnya diregulasi pada level transkripsi dan pemprosesan pre-mRNA. Jelasnya, regulasi juga terjadi pada level- level lainnya. Regulasi pada level translasi adalah hal yang penting untuk kontrol keseluruhan proses metabolik pada makhluk hidup. Akan tetapi, mekanisme regulasi yang memiliki efek terbesar terhadap fenotip yaitu pada level transkripsi dan pemprosesan DNA.
Beberapa proses perkembangan pada eukariot tinggi dikontrol melalui preprogrammed circuis of gene expression. Dalam hal ini, beberapa peristiwa (misalnya pelepasan hormon dalam aliran darah atau fertilisasi telur) akan merangsang ekspresi sekelompok gen tertentu. Hasil dari satu atau lebih gen-gen ini merupakan fungsi dari turning off transkripsi dari sekelompok gen-gen pertama, dan atau turning on transkripsi dari sekelompok gen kedua, dan begitu seterusnya.
Pada eukariot, hormon-hormon dapat merangsang ekspresi sekelompok gen. Selain itu, gen- gen regulatori juga dilibatkan dalam pengontrolan pola-pola diferensiasi. Dalam beberapa kasus, elemen regulatori disebut sebagai “enhancers” dan “silencers” yang mengatur ekspresi gen dari promoter terdekatnya. Akan tetapi, ertanyaan tentang bagaimana enhancer dan silencer bekerja dalam mengontrol ekspresi gen masih harus diteliti lebih lanjut.
Kontrol Genetik Dari Perkembangan Drosophila
Morfogenesis merupakan hasil dari jalur regulasi yang rumit pada ekspresi gen. Gen yang tepat diungkapkan pada waktu yang tepat, pada urutan yang benar untuk menghasilkan protein yang berpengaruh untuk menghasilkan sebuah virus, sel, jaringan, organ, atau bahkan seluruh makhluk hidup, seperti lalat buah. Tetapi program dari ekspresi gen dan jalur produksi gen yang dibutuhkan untuk menghasilkan makhluk hidup seperti lalat buah yang kompleks. Drosophila menawarkan analisis gen dan aplikasi dari peralatan canggih dari rekombinasi DNA dan kloning gen yang mengatur morfogenesis.
Perkembangan Drosophila dikontrol oleh regulator gen yang berperan pada untaian spesifik untuk menentukan bentuk atau pola yang berbeda dari ekspresi gen pada daerah yang berbeda di sel telur yang telah dibuahi, kemudian berkembang menjadi embrio, kemudian sel-sel yang berbeda pada blastula, sampai morfologi yang lengkap dari lalat buah dewasa dihasilkan.Walaupun ratusan dari gen mungkin diekspresikan pada pada sebuah neuron, yang tidak diekspresikan pada sel-sel mata, lengan, atau sayap, perbedaan yang luas dalam bentuk ekspresi gen pada sel-sel yang berbeda tidak terjadi seluruhnya dalam sekali tanggapan terhadap tembakan tunggal. Pada Drosophila, kebanyakan kunci dari regulator gen ini telah diidentifikasi, dan sekitar separuhnya diketahui mengkode protein transacting yang mengatur transkripsi gen lainnya, seringkali mencakup regulator kunci selanjutnya pada aliran regulator morfogenetik.
Tahapan perkembangan Drosophila dimulai bahkan sebelum fertilisasi dari telur dengan gradien molekul yang terbentuk pada telur yang matang. Perkembangan berlanjut setelah fertilisasi dengan dengan pola yang spesifik dari ekspresi gen pada berbagai tahapan perkembangan embrio.
Pada beberapa hal, perkembangan insekta lebih kompleks dari pada perkembangan dari kebanyakan eukariotik tingkat tinggi lainnya. Metamorfosis dari larva menjadi pupa dan pupa menjadi hewan dewasa yang membutuhkan perubahan yang cepat pada program ekspresi gen. Menariknya, ekdison telah ditunjukkan untuk menstimulasi transkripsi dari serangkaian data yang berbeda pada jaringan yang berbeda.
Imaginal Disks dan Determinasi
Persiapan metamorfosis serangga telah digunakan selama embriogenesis awal. Sel-sel blastoders Drosophila berdiferensiasi menjadi dua jenis sel.
a. Sesuatu yang akan tumbuh dan berkembang menjadi jaringan larva.
b. Sesuatu yang akan berkembang menjadi berbagai jaringan dan organ pada lalat buah dewasa. Kelompok tertentu yang dari sel yang tidak berdeferensiasi bentuk strukturnya disebut imaginal discs. Pada seluruh 17 bentuk imaginal disc, masing-masing mempersiapkan pertumbuhan organ-organ spesifik untuk lalat dewasa, yang mencakup sepasang keping antena, mata, sayap, halter, tiga pasang kaki yang berbeda, dan sebagainya.
Meskipun sel-sel dari imaginal discs tidak berdiferensiasi, tujuan mereka telah ditentukan. Proses ini membuat keputusan yang tidak dapat diubah menjadi pola spesifik dari diferensiasi yang disebut Determinasi. Oleh karenanya, determinasi terjadi pada saat tujuan dari keturunan telah pasti. Penentuan imaginal discs terjadi pada tahapan blastoderm.
Mutasi Homoetik
Determinasi jelas berada di bawah control genetik. Hal ini didemonstrasikan dengan adanya Mutasi homeotik, yaitu mutasi yang dapat menyebabkan pindahnya keadaan dari determinasi pada keping imaginal spesifik. Contohnya mutasi Antennapedia, perubahan determinasi/ penetapan dari keping antena menjadi keping kaki, menghasilkan lalat dengan apendiks seperti kaki di kepalanya.
Sejumlah besar Mutasi homeotik yang berbeda telah diidentifikasi dan dipelajari pada Drosphila dan mayoritas pemetaan mutasi dalam satu atau dua kelompok gen homeotik berada pada kromosom 3. Dua kelompok ini disebut Antennapedia complex (ANT-C) dan bithorax complex (BX-C). Mutasi homeotik pada ANT-C berpengaruh pada perkembangan daerah kepala dan toraks pada lalat, sedangkan BX-C mengubah perkembangan toraks dan segmen abdomen di tubuh. Tetapi disini ditekankan bahwa Mutasi homeotik yang biasanya mempunyai pengaruh yang besar pada fenotip lalat mutan akan mati sebelum mencapai tahap dewasa. Mutasi lainnya yang tidak terlalu berpengaruh besar pada fenotip, menghasilkan menghasilkan lalat yang dapt bertahan hidup, walaupun menunjukkan fenotip yang abnormal, seperti memiliki 4 sayap. Sebenarnya, lalat dengan 4 sayap ini mempunyai 3 kerusakan pada kelompok gen BX-C. Tiga mutasi (abx, bx3, dan pbx) mengubah halter pada segmen toraks ketiga untuk sayap yang terlihat normal.
Daerah ANT-C mengandung sedikitnya empat gen, yaitu : Deformed (Dfd), Sex combs reduced (Scr), fushi tarazu (ftz), dan antennapedia (Antp). Daerah BX-C mengandung tiga kelompok complementasi, yaitu Ultrabithorax (Ubx), abdominal-A (abd-A), dan abdominal-B (Abd-B). Catatan bahwa baik mutasi homeotik dominan maupun resesif terjadi di dalam komplek gen.
Transdeterminasi
Transformasi yang diobservasi pada mutasi homeotik sama seperti perubahan yang umum diamati pada transplantasi berulang dari imaginal disk larva pada lalat dewasa. E. Hardon mengamati bahwa setelah beberapa macam transplantasi dari keping genital ke abdomen lalat dewasa, beberapa keping genital akan berkembang menjadi struktur kaki ketika kemudian ditanam pada larva yang mengalami metamorfosis. Kejadian ini disebut sebagai transdeterminasi.
Morfogenesis Lalat: Percontohan Peristiwa Segmentasi Anterior-Posterior
Sifat dominan pada morfogenesis Drosophila adalah perkembangan dari pola kompleks dari segmentasi sepanjang sumbu anterior-posterior tubuh. Polaritas anterior-posterior awalnya dibentuk pada telur oleh produk gen yang disintesis selama oogenesis, produknya kemudian disebut gen pengaruh maternal (maternal-effect genes). Terdapat 18 gen pengaruh maternal yang mempengaruhi polaritas anterior-posterior dan pola segmentasi yang telah diidentifikasi. Dua dari gen tersebut adalah bicoid (bcd) dan oskar (osk). Betina yang homozigot untuk mutasi bcd menghasilkan embrio yang tidak terdapat kepala dan struktur toraks. contoh lainnya betina homozigous terhadap mutasi osk menghasilkan embrio yang tidak mempunyai seluruh segmen abdomen. Produk dari bcd dan osk ini memainkan peran uatama dalam membentuk “fenotip anterior” dan “fenotip posterior”.
Sedikitnya, terdapat 12 gen dari kelompok lain yang mengontrol polaritas pada embrio. Ini mencakup gen dorsal (dl) danb Toll (Tl), yang nampak memainkan peran dalam pembentukan gradien morfogen dorsal-ventral pada embrio. Segmentasi dari embrio, larva, pupa, dan lalat dewasa pastinya merupakan hal yang paling menarik dari morfogenesis pada Drosophila dan insekta sejenis lainnnya. Pembentukan pola segmentasi ini berada dibawah kontrol 20 sekitar 20 gen yang telah diketahui berperan dalam rangkaian untuk menghasilkan pola akhir.
Segmentasi gen telah diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu;
1. Gap gen
Hasil gap gen dibutuhkan utuk membentuk serangkaian batas ruas dari larva dan lalat. Mutan dengan kerusakan dalam gap gen adalah kekurangan keseluruhan set dari ruas-ruas tubuh yang berdekatan. Tiga gap gen meliputi Kruppel (Kr), hunchback (hb), dan knirps (kni).
2. Aturan pasangan gen
Aturan pasangan gen masing-masing ditunjukkan dalam tujuh garis yang jelas sepanjang sumbu anterior-posterior, dalam efek pembagian embrio menjadi 15 segmen. Mutan dalam setiap delapan pair-rule gen memproduksi embrio-embrio hanya separuh sebanyak segmen tipe liar.
3. Segmen polaritas gen
Sepuluh atau lebih segmen polaritas gen berfungsi untuk memproduksi anterior dan posterior polaritas terhadap segmen individu ditentukan oleh ekspresi aturan pasangan gen. beberapa gen berekspresi pada 14 zona atau garis tegak lurus dari sumbu longitudinal embryo.Contoh Neoklasikal
Perkembangan Regulasi Ekspresi Gen
Gambaran mengenai transkripsi pada kromosom lampbrush dan amplifikasi gen-gen RNA ribosomal pada oosit amphibi merupakan dua contoh penting terkait peristiwa regulasi ekspresi gen yang mendahului teknologi DNA rekombinan.
Transkripsi Kromosom Lamphbrush Pada Oosit Amphibi
Kajian yang dilakukan terhadap organisme tingkat tinggi hingga saat ini menunjukkan bahwa fertilisasi telur yang matang oleh sperma akan merangsang peningkatan sintesis protein, yang kemudian diikuti oleh pembelahan inti dan pembelahan sel pada tahap pembelahan awal embriogenesis. Pada sebagian besar eukariot, sintesis protein tidak diikuti oleh sintesis RNA. Bahkan, semua komponen yang diperlukan untuk sintesis protein selama embriogenesis awal sudah ada di telur hingga terjadinya fertilisasi. Gen-gen hasil transkripsi, dalam mbentuk mRNA atau molekul- molekul pre-mRNA harus disimpan dalam telur dalam keadaan dorman. Translasi molekul- molekul mRNA dirangsang oleh peristiwa- peristiwa yang berasosiasi dengan fertilisasi. Kajian oogenesis pada vertebrata, khususnya amphibi menunjukkan bahwa transkripsi terjadi selama profase I (khususnya tahap diploten) meiosis. Pada tahap ini, kromosom tampak sebagai struktur lamphbrush.
Sebagian besar kromosom lamphbrush berada dalam keadaan yang sangat terkondensasi, dan secara transkripsi merupakan bentuk inaktif sehingga disebut area aksikal dari kromosom. Gen-gen hasil transkripsi yang disintesis selama oogenesis harus disimpan dalam keadaaan inaktif tetapi tetap dalamm bentuk yang stabil (kemungkinan sebagai kompleks RNA protein) hingga terjadinya proes fertilisasi.
Pada kelompok amphibi atau kemungkinan pada sebagaian besar vertebrata lainnya, program genetik yang mengontrol perkembangan awal (di atas tahap blastula) ditentukkan selama oogenesis. Opada tahap akhir perkembangan, saat diferensiasi sel mulai terjadi (dari tahap gastrula), maka diperlukan suatu program ekspresi gen baru.
Amplifikasi Gen RNAr pada Oosit Amphibi
Meskipun inisiasi sintesis protein secara cepat mengikuti fertilisasi, akan tetapi tidak terjadi sintesis RNAr pada embrio amphibi hingga tahap gastrula. Pada kenyataannya, banyak sekali telur amphibi yang mengandung sejumlah besar ribosom, pada umumnya yaitu 1012 per telur matang. Kebutuhan untuk sintesis sejumlah besar ribosom tersebut pada gen-gen hasil transkripsi pada sel tunggal dihasilkan dari mekanisme amplifikasi gen spesifik. Oosit amfibi, gen-gen RNA r secara selektif diamplifikasi sekitar seribu kaliuntuk memfasilitasi sintesis sejumlah besar RNAr yang disimpan dalam telur yang matang.
Replikasi selektif gen-gen RNAr di dalam oosit merupakan contoh terbaik mekanise amplifikasi gen spesifik. Saat sejumlah besar protein spesifik diperlukan, seperti pada kasus hemoglobin dalam sel darah merah, amplifikasi dapat diselesaikan pada tahap translasi.
Mekanisme Regulasi Transkripsi Pada Eukariotik Tingkat Tinggi
Pada E. Coli , holoenzim, RNA polymerase mengandung semua informasi yang dibutuhkan untuk inisiasi transkripsi dengan memberikan sinyal promoter yang sesuai. Akan tetapi RNA polymerase II pada eukariot yang mentrankripsikan sebagian besar gen-gen inti pengkode protein, tidak dapat menginisiasi transkripsi secara tepat dalam keadaan in vitro tanpa adanya penambahan 4 protein asesori/ factor transkripsi pada umumnya. Kebutuhan terhadap transkripsi ini membutuhkan tapak-tapak tambahan regulasi transkripsi lainnya dalam proses regulasi transkripsi.
Enhancher dan Silencer Mengatur Transkripsi pada Eukariotik
Gen-gen eukariotik diregulasi oleh elemen-elemen promoter yang terletak Upstream (5’) dari tapak inisiasi transkripsi dengan pola yang mirip dengan regulasi gen prokariotik. Gen-gen eukariotik juga diregulasi oleh elemen-elemen cis-acting yang disebut enhancher dan silencer. Enhancher meningkatkan transkripsi dan silencer menurunkan transkripsi gen-gen yang diregulasi. Gambaran enhancher: enhancher dapat bekerja pada jarak yang relative jauh-yaitu lebih dari beberapa ribu pasang nukleotida dari gen yang diregulasi, orientasi enhancher bebas mereka dapt berfungsi dengan beragai orientasi, baik itu normal atau bolak-balik; posissi enhancher bebas-mereka dapat berfungsi dengan baik pada posisi upstream (5’) atau downstream (3’) dari gen /hadir dalam intron gen.
PERTANYAAN
1. Kapankah terjadi regulasi gen?
Jawab : Selama perkembangan tanaman dan hewan, ekspresi gen kelihatannya diregulasi pada beberapa level yang berbeda, yaitu pada saat transkripsi, pemprosesan pre-mRNA, stabilitas mRNA, translasi, pemprosesan protein post translasi, stabilitas protein dan fungsi enzim. Akan tetapi, data yang ditunjukkan saat ini bahwa ekspresi gen pada dasarnya diregulasi pada level transkripsi dan pemprosesan pre-mRNA. Jelasnya, regulasi juga terjadi pada level- level lainnya. Regulasi pada level translasi adalah hal yang penting untuk kontrol keseluruhan proses metabolik pada makhluk hidup. Akan tetapi, mekanisme regulasi yang memiliki efek terbesar terhadap fenotip yaitu pada level transkripsi dan pemprosesan DNA.
2. Apakah yang dimaksud dengan mutasi homeotik?
Jawab : Mutasi homeotik adalah mutasi yang dapat menyebabkan pindahnya keadaan dari determinasi pada keping imaginal spesifik.
3. Segmentasi gen pada morfogenesis Drosophila telah diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu?
Jawab :
Gap gen
Hasil gap gen dibutuhkan utuk membentuk serangkaian batas ruas dari larva dan lalat. Mutan dengan kerusakan dalam gap gen adalah kekurangan keseluruhan set dari ruas-ruas tubuh yang berdekatan. Tiga gap gen meliputi Kruppel (Kr), hunchback (hb), dan knirps (kni).
Aturan pasangan gen
Aturan pasangan gen masing-masing ditunjukkan dalam tujuh garis yang jelas sepanjang sumbu anterior-posterior, dalam efek pembagian embrio menjadi 15 segmen. Mutan dalam setiap delapan pair-rule gen memproduksi embrio-embrio hanya separuh sebanyak segmen tipe liar.
Segmen polaritas gen
Sepuluh atau lebih segmen polaritas gen berfungsi untuk memproduksi anterior dan posterior polaritas terhadap segmen individu ditentukan oleh ekspresi aturan pasangan gen. beberapa gen berekspresi pada 14 zona atau garis tegak lurus dari sumbu longitudinal embryo.
4. Bagaimanakah gambaran Enhancher itu?
Jawab : Gambaran enhancher: enhancher dapat bekerja pada jarak yang relative jauh-yaitu lebih dari beberapa ribu pasang nukleotida dari gen yang diregulasi, orientasi enhancher bebas mereka dapt berfungsi dengan beragai orientasi, baik itu normal atau bolak-balik; posissi enhancher bebas-mereka dapat berfungsi dengan baik pada posisi upstream (5’) atau downstream (3’) dari gen /hadir dalam intron gen.
3. Segmen polaritas gen
Sepuluh atau lebih segmen polaritas gen berfungsi untuk memproduksi anterior dan posterior polaritas terhadap segmen individu ditentukan oleh ekspresi aturan pasangan gen. beberapa gen berekspresi pada 14 zona atau garis tegak lurus dari sumbu longitudinal embryo.Contoh Neoklasikal
Perkembangan Regulasi Ekspresi Gen
Gambaran mengenai transkripsi pada kromosom lampbrush dan amplifikasi gen-gen RNA ribosomal pada oosit amphibi merupakan dua contoh penting terkait peristiwa regulasi ekspresi gen yang mendahului teknologi DNA rekombinan.
Transkripsi Kromosom Lamphbrush Pada Oosit Amphibi
Kajian yang dilakukan terhadap organisme tingkat tinggi hingga saat ini menunjukkan bahwa fertilisasi telur yang matang oleh sperma akan merangsang peningkatan sintesis protein, yang kemudian diikuti oleh pembelahan inti dan pembelahan sel pada tahap pembelahan awal embriogenesis. Pada sebagian besar eukariot, sintesis protein tidak diikuti oleh sintesis RNA. Bahkan, semua komponen yang diperlukan untuk sintesis protein selama embriogenesis awal sudah ada di telur hingga terjadinya fertilisasi. Gen-gen hasil transkripsi, dalam mbentuk mRNA atau molekul- molekul pre-mRNA harus disimpan dalam telur dalam keadaan dorman. Translasi molekul- molekul mRNA dirangsang oleh peristiwa- peristiwa yang berasosiasi dengan fertilisasi. Kajian oogenesis pada vertebrata, khususnya amphibi menunjukkan bahwa transkripsi terjadi selama profase I (khususnya tahap diploten) meiosis. Pada tahap ini, kromosom tampak sebagai struktur lamphbrush.
Sebagian besar kromosom lamphbrush berada dalam keadaan yang sangat terkondensasi, dan secara transkripsi merupakan bentuk inaktif sehingga disebut area aksikal dari kromosom. Gen-gen hasil transkripsi yang disintesis selama oogenesis harus disimpan dalam keadaaan inaktif tetapi tetap dalamm bentuk yang stabil (kemungkinan sebagai kompleks RNA protein) hingga terjadinya proes fertilisasi.
Pada kelompok amphibi atau kemungkinan pada sebagaian besar vertebrata lainnya, program genetik yang mengontrol perkembangan awal (di atas tahap blastula) ditentukkan selama oogenesis. Opada tahap akhir perkembangan, saat diferensiasi sel mulai terjadi (dari tahap gastrula), maka diperlukan suatu program ekspresi gen baru.
Amplifikasi Gen RNAr pada Oosit Amphibi
Meskipun inisiasi sintesis protein secara cepat mengikuti fertilisasi, akan tetapi tidak terjadi sintesis RNAr pada embrio amphibi hingga tahap gastrula. Pada kenyataannya, banyak sekali telur amphibi yang mengandung sejumlah besar ribosom, pada umumnya yaitu 1012 per telur matang. Kebutuhan untuk sintesis sejumlah besar ribosom tersebut pada gen-gen hasil transkripsi pada sel tunggal dihasilkan dari mekanisme amplifikasi gen spesifik. Oosit amfibi, gen-gen RNA r secara selektif diamplifikasi sekitar seribu kaliuntuk memfasilitasi sintesis sejumlah besar RNAr yang disimpan dalam telur yang matang.
Replikasi selektif gen-gen RNAr di dalam oosit merupakan contoh terbaik mekanise amplifikasi gen spesifik. Saat sejumlah besar protein spesifik diperlukan, seperti pada kasus hemoglobin dalam sel darah merah, amplifikasi dapat diselesaikan pada tahap translasi.
Mekanisme Regulasi Transkripsi Pada Eukariotik Tingkat Tinggi
Pada E. Coli , holoenzim, RNA polymerase mengandung semua informasi yang dibutuhkan untuk inisiasi transkripsi dengan memberikan sinyal promoter yang sesuai. Akan tetapi RNA polymerase II pada eukariot yang mentrankripsikan sebagian besar gen-gen inti pengkode protein, tidak dapat menginisiasi transkripsi secara tepat dalam keadaan in vitro tanpa adanya penambahan 4 protein asesori/ factor transkripsi pada umumnya. Kebutuhan terhadap transkripsi ini membutuhkan tapak-tapak tambahan regulasi transkripsi lainnya dalam proses regulasi transkripsi.
Enhancher dan Silencer Mengatur Transkripsi pada Eukariotik
Gen-gen eukariotik diregulasi oleh elemen-elemen promoter yang terletak Upstream (5’) dari tapak inisiasi transkripsi dengan pola yang mirip dengan regulasi gen prokariotik. Gen-gen eukariotik juga diregulasi oleh elemen-elemen cis-acting yang disebut enhancher dan silencer. Enhancher meningkatkan transkripsi dan silencer menurunkan transkripsi gen-gen yang diregulasi. Gambaran enhancher: enhancher dapat bekerja pada jarak yang relative jauh-yaitu lebih dari beberapa ribu pasang nukleotida dari gen yang diregulasi, orientasi enhancher bebas mereka dapt berfungsi dengan beragai orientasi, baik itu normal atau bolak-balik; posissi enhancher bebas-mereka dapat berfungsi dengan baik pada posisi upstream (5’) atau downstream (3’) dari gen /hadir dalam intron gen.
PERTANYAAN
1. Kapankah terjadi regulasi gen?
Jawab : Selama perkembangan tanaman dan hewan, ekspresi gen kelihatannya diregulasi pada beberapa level yang berbeda, yaitu pada saat transkripsi, pemprosesan pre-mRNA, stabilitas mRNA, translasi, pemprosesan protein post translasi, stabilitas protein dan fungsi enzim. Akan tetapi, data yang ditunjukkan saat ini bahwa ekspresi gen pada dasarnya diregulasi pada level transkripsi dan pemprosesan pre-mRNA. Jelasnya, regulasi juga terjadi pada level- level lainnya. Regulasi pada level translasi adalah hal yang penting untuk kontrol keseluruhan proses metabolik pada makhluk hidup. Akan tetapi, mekanisme regulasi yang memiliki efek terbesar terhadap fenotip yaitu pada level transkripsi dan pemprosesan DNA.
2. Apakah yang dimaksud dengan mutasi homeotik?
Jawab : Mutasi homeotik adalah mutasi yang dapat menyebabkan pindahnya keadaan dari determinasi pada keping imaginal spesifik.
3. Segmentasi gen pada morfogenesis Drosophila telah diklasifikasikan menjadi tiga kelompok yaitu?
Jawab :
Gap gen
Hasil gap gen dibutuhkan utuk membentuk serangkaian batas ruas dari larva dan lalat. Mutan dengan kerusakan dalam gap gen adalah kekurangan keseluruhan set dari ruas-ruas tubuh yang berdekatan. Tiga gap gen meliputi Kruppel (Kr), hunchback (hb), dan knirps (kni).
Aturan pasangan gen
Aturan pasangan gen masing-masing ditunjukkan dalam tujuh garis yang jelas sepanjang sumbu anterior-posterior, dalam efek pembagian embrio menjadi 15 segmen. Mutan dalam setiap delapan pair-rule gen memproduksi embrio-embrio hanya separuh sebanyak segmen tipe liar.
Segmen polaritas gen
Sepuluh atau lebih segmen polaritas gen berfungsi untuk memproduksi anterior dan posterior polaritas terhadap segmen individu ditentukan oleh ekspresi aturan pasangan gen. beberapa gen berekspresi pada 14 zona atau garis tegak lurus dari sumbu longitudinal embryo.
4. Bagaimanakah gambaran Enhancher itu?
Jawab : Gambaran enhancher: enhancher dapat bekerja pada jarak yang relative jauh-yaitu lebih dari beberapa ribu pasang nukleotida dari gen yang diregulasi, orientasi enhancher bebas mereka dapt berfungsi dengan beragai orientasi, baik itu normal atau bolak-balik; posissi enhancher bebas-mereka dapat berfungsi dengan baik pada posisi upstream (5’) atau downstream (3’) dari gen /hadir dalam intron gen.
