Dna Repair Nita
Transcript of Dna Repair Nita
DNA REPAIR
Pemeliharaan integritas informasi di dalam molekul DNA sangat penting bagi kelangsungan
hidup spesies. Jadi dapat disimpulkan bahwa spesies yang bertahan hidup berhasil mekanisme
untuk memperbaiki kerusakan DNA-nya yang terjadi akibat kesalahan replikasi atau gangguan
dari lingkungan.
DNA bukanlah substansi yang lemah, telah dilengkapi dengan mekanisme tertentu yang
mampu menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi sehingga tidak membawa efek negatif.
Mekanisme yang dimiliki DNA tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang
terjadi pada fase tertentu dalam siklus sel.
Pada fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat dimana susunan DNA akan
dikoreksi dengan seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan :
Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair.
Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan
untuk mengambil pilihan kedua yaitu “dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk
bagi lingkungan sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan
DNA normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S
(Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis).
Kerusakan DNA akibat bahan kimia, fisik, dan lingkungan diklasifikasikan menjadi empat tipe,
yaitu:
I. Perubahan satu basa
A. Depurinasi
B. Deaminasi sitosin menjadi uraasil
C. Deaminasi adenine menjadi hipoxantin
D. Alkilasi basa
E. Insersi atau delesi nukleotida
F. Penyertaan analog basa
II. Perubahan dua basa
A. Dimmer antartimin (pirimidin) yang diinduksi oleh sinar UV
B. Ikatan silang agen pengalkil bifungsional
III. Pemutusan rantai
A. Radiasi pengionan
B. Disintegrasi elemen rangka (tulang punggung) oleh radioaktivitas
C. Pembentukan radikal bebas oksidatif
IV. Ikatan silang
A. Antara basa di untai yang sama atau berlawanan
B. Antara DNA dan molekul protein (mis. Histon)
MEKANISME PERBAIKAN DNA
Region abnormal DNA, baik karena kesalahan penyalinan atau kerusakan DNA, diganti
melalui empat mekanisme, yaitu:
1. Mismatch repair (perbaikan ketidakcocokan)
2. Base excision repair (perbaikan dengan memotong basa)
3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan mengeluarkan/memotong nukleotida)
4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)
Tabel. Mekanisme perbaikan DNA
Mekanisme Masalah Solusi
Mismatch repair
(perbaikan ketidakcocokan)
Kesalahan penyalinan
(lengkung tak berpasangan
dengan dua sampai lima basa
atau satu basa)
Pemotongan untai yang
diarahkan oleh metal,
pencernaan oleh
eksonuklease, dan
penggantian
Base excision repair Kerusakan satu basa yang Pengeluaran basa oleh N-
(perbaikan dengan
memotong basa)
timbul spontan akibat bahan
kimia atau radiasi
glikosilase, pengeluaran gula
tanpa basa, penggantian
Nucleotide excision repair
(perbaikan dengan
memotong nukleotida)
Kerusakan suatu segmen DNA
secara spontan akibat bahan
kimia atau radiasi
Pengeluaran oligomer
sekitar 30 nukleotida dan
penggantian
Double strand break repair
(perbaikan kerusakan untai
ganda)
Radiasi pengionan,
kemoterapi, radikal bebas
oksidatif
Sinapsis, penguraian,
penyusunan, dan ligasi.
1. Mismatch repair (Perbaikan yang tidak berpasangan/ketidakcocokan)
Mismatch repair memperbaiki kesalahan yang dibuat ketika DNA disalin. Contohnya, C
dapat terselip berhadapan dengan A, atau polymerase dapat “tergelincir” atau
“tersendat” dan menyisipkan dua sampai lima basa tambahan yang tidak berpasangan.
Protein-protein yang spesifik memindai DNA yang baru dibentuk menggunakan metilasi
adenine di dalam sekuens GATC sebagai titik referensi. Untai cetakan mengalami
metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak demikian. Perbedaan ini tidak
memungkinkan enzim perbaikan mengidentifikasi untai yang mengandung kesalahan
nukleotida dan memerlukan pergantian. Jika ditemukan ketidakcocokan atau lengkung
kecil, suatu GATC endonuklease memotong untai yang mengandung mutasi di tempat
yang berkorespondensi dengan GATC. Suatu eksonuklease kemudianmencerna untai ini
dari GATC dan melalui mutasi sehingga DNA yang cacat tersebut dapat dibuang. Hal ini
dapat berlangsung dari kedua ujung jika cacat tersebut diapit oleh dua tempat GATC.
Cacat ini kemudian di isi oleh enzim sel normal sesuai aturan pembentukan pasangan
basa.
Untuk memperbaiki basa yang tidak berpasangan harus diketahui pasangan basa mana
yang salah. Pada E. coli, ini dapat diketahui oleh methylase yang disebut dengan "Dam
methylase", dimana dapat memetilasi adenines yang terdapat pada urutan (5')GATC .
Segera sesudah replikasi DNA, template strand dimetilasi, tetapi strand yang baru
disintesa belum dimetilasi. Jadi antara template strand dan new strand akan berbeda.
Pada E. coli, diperlukan tiga protein (Mut S, Mut C, dan Mut H) untuk mengenali mutasi
dan memotong untai. Enzim lain di dalam sel, termasuk ligase, plimerase, dan SSB
mengeluarkan dan mengganti untai.
Dimulai dengan berikatannya protein MutS pada mismatched base pairs. Kemudian
MutL mengaktifkan MutH untuk bergabung bersama pada urutan GATC. MutH akan
membelah strand yang tidak dimetilasi pada tempat GATC . Selanjutnya, segment dari
tempat pembelahan akan dibuang oleh enzim exonuclease (dengan bantuan enzim
helicase II dan SSB proteins).
Bila pembelahannya pada bagian 3' dari kerusakan, akan dipotong oleh enzim
exonuclease I dan bila pada bagian 5' oleh enzim exonuclease VII atau RecJ untuk
mendegradasi single tranded DNA. Kekosongannya akan diisi dengan bantuan enzim
DNA polymerase III dan DNA ligase.
Jarak antara tempat GATC dengan kerusakan bisa mencapai sepanjang 1,000 base pairs .
Gambar. Mismatch repair DNA.
Mekanisme ini memperbaiki kesalahan
pembentukan satu pasangan basa (mis.
C dengan A, bukannya T dengan A) atau
sepotong pendek DNA yang tidak
berpasangan. Bagian yang cacat dikenali
oleh suatu endonuklease yang
melakukan pemotongan untai-tunggal
di sekuens GATC termetilasi. Untai DNA
dikeluarkan melalui mutasi, diganti, lalu
disambung kembali.
2. Base excision repair (Perbaikan dengan memotong Basa)
Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan karena labilitas termal ikatan N-gglikosida
purin, terjadi dengan kecepatan 5.000-10.000/sel/hari pada suhu 370 C. enzim-enzim
spesifik mengenali bagian yang mengalami depurinasi dan menggantikannya dengan
purin yang secara langsung, tanpa interupsi pada tulang punggung phospodiester.
Basa sitosin, adenine, dan guanine di DNA secara spontan membentuk, masing-masing,
urasil, hipoxantin, xantin. Karena tidak ada satupun dari ketiga basa tersebut yang
terdapat di DNA pada keadaan normal, tidaklah mengherankan jika N-glikosilase spesifik
dapat mengenali basa-basa abnormal ini yang mengeluarkan sendiri basa dari DNA.
Pengeluaran ini menandai letak kecacatan dan memungkinkan endonuklase apurinik
atau apirimidinik memotong gula tanpa basa. Basa yang sesuai kemudian memotong
gula tanpa basa ini. Basa yang sesuai kemudian dipasang oleh DNA polymerase, dan
ligase memperbalikkan DNA ke keadaannya semula. Rangkaian kejadian ini disebut base
excision repair (perbaikan dengan memotong basa). Dengan rangkaian langka serupa
yang mula-mula melibatkan defek, basa teralkilasi dan analog basa dapat dikeluarkan
dari DNA dan DNA dipulihkan kebentuknya semula. Mekanisme ini cocok untuk
menggantikan basa tunggal, tetapi tidak efektif untuk mengganti region DNA yang rusak.
Basa-basa DNA dapat dirusak melalui deamination atau alkylation. Tempat kerusakan
basa tersebut disebut dengan "abasic site" atau "AP site". Pada E.coli, enzim DNA
glycosylase dapat mengenal AP site dan membuang basanya. Kemudian AP
endonuclease membuang AP site dan nucleotida sekitarnya. Kekosongan akan diisi
dengan bantuan DNA polymerase I dan DNA ligase.
Gambar. Base Excison-repair DNA, enzim urasil DNA glikosilasil membuang urasil yang terbentuk
dari deaminasi spontan sitosin di DNA. Suatu endonuklease memotong kerangka utama untai di
dekat defek; lalu setelah endonuklease mengeluarkan beberapa basa, defek tersebut diisi
melalui kerja polimerasi dan untai tersebut kembali dihubungkan oleh suatu ligase.
3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong nukleotida)
Mekanisme ini digunakan untuk menggantikan suatu regio DNA dengan panjang30 bp
yang mengalami kerusakan. Penyebab umum kerusakan DNA semacam ini adalah sinar
ultraviolet (UV), yang memicu pembentukan dimmer antarpirimidin siklobutan, dan
merokok, yang menyebabkan pembentukan adduct (addition product) benzo [a]piren-
guanin. Radiasi pengion, obat kemoterapi kanker, dan berbagai bahan kimia yang
terdapat dilingkungan yang dan dapat menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai,
ikatan silang antara basa di untai yang berhadapan atau DNA dan protein, dan berbagai
defek lain. Cacat-cacat ini diperbaiki oleh suatu proses yang disebut perbaikan yang
disebut eksisi nukleotida. Proses rumit, yang melibatkan lebih banyak produk gen
dibandingkan dengan dua tipe perbaikan sebelumnya, pada dasar mencakup hidrolisis
dua ikatan phospodiester di untai yang mengandung kecacatan. Suatu nuclease eksisi
khusus (eksinuklease), yang terdiri dari paling sedikit tigan subunit pada E. coli dan 16
polipeptida pada manusia, melaksanakan tugas ini. Di sek eukariot, enzim-enzim
memotong antara ikatan phospodiester ketiga dan kelima 3’ dari lesi, dan dari sisi 5’
potongan terletak di suatu tempat antara ikatan keduapuluh satu dan keduapuluh lima.
Karena itu, terjadi eksisi suatu fragmen DNA dengan panjang 27-29 nukleotida. Untai
yang dikeluarkan kemudian diganti, juga pembentukan pasangan basa yang tepat,
melalui kerja polymerase lain yang belum diketahui (/ pada manusia), dan ujung-
ujung untai disatukan dengan untai yang sudah ada oleh DNA ligase.
Pada E. coli, protein UvrA, UvrB, dan UvrC berperan dalam membuang nukleotida
( dimer akibat UV light). Kemudian kekosongan akan diisi dengan bantuan enzim DNA
polymerase I dan DNA ligase. Pada yeast, proteins Uvr's dikenal dengan nama RADxx
("RAD" kependekan dari "radiation"), seperti RAD3, RAD10, dan lain-lain.
Gambar. Perbaikan-eksisi nukleotida (nukleotida excision repair). Mekanisme ini digunakan
untuk memperbaiki defek besar DNA dan umumnya melibatkan lebih banyak protein
disbanding mismatch repair atau perbaikan eksisi basa. Setelah kelainan dideteksi (ditandai
oleh XXXX) dan DNA yang mengandung kelainan tersebut diraikan/(unwinding), suatu nuclease
eksisi (eksinuklease) memotong DNA disebelah hulu dan hilir dari bagian yang cacat. Celah ini
kemudian diisi oleh polymerase dan disambung kembali.
4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)
Perbaikan kerusakan untai ganda merupakan bagian dari proses fisiologis tata ulang gen
imunoglobulin. Perbaikan ini merupakan mekanisme penting untuk memperbaiki DNA
yang rusak, seperti yang terjadi akibat radiasi pengion atau pembentukan radikal bebas
oksidatif. Sebagian obat kemoterapi merusak sel dengan merusak untai ganda atau
perbaikannya.
Mula-mula terdapat dua protein yang berperan dalam penyatuan kembali non homolog
suatu kerusakan untai ganda. Ku, suatu heterodimer subunit 70 kDa dan 86 kDa,
berikatan dengan ujung-ujung bebas DNA aktivitas helikase dependen-ATP laten.
Heterodimer Ku yang berikatan dengan DNA merekrut suatu protein kinase unit, protein
kinase dependen DNA (DNA PK). DNA-PK memiliki satu ikatan bagi ujung-ujung bebas
DNA dan satu tempat ikatan untuk dsDNA tepat di bagian dalam ujung-ujung unit.
Karena itu, enzim-enzim ini memungkinkan aproksimasi kedua ujung yang terpisah.
Ujung bebas kompleks DNA-Ku-DNA-PK membangkitkan aktivitas kinnase pada ujung-
ujung yang terpisah. DNA-PK secara timbale balik memphosporilasi KU dan molekul
DNA-PK lain di untai yang berlawanan, ditrans. DNA-PK kemudian kemudian terlepas
dari DNA dan KU, menyebabkan aktivasi Ku helikase. Hal ini menyebabkan penguraian
kedua ujung DNA. DNA yang telah di urai dan sudah diaproksimasi kemudian
membentuk pasangan basa; kelebihan ekor nukleotida dibuang oleh eksonuklease; dan
celah yang ada di isi dan ditutup oleh DNA ligase.
Gambar. Perbaikan kerusakan untai ganda
DNA. Protein Ku dan protein kinase
dependen-DNA berikatan untuk
mendekatkan kedua untai dan
menguraikannya. Fragmen-fragmen yang
telah berjajar membentuk pasangan basa;
kelebihan ujung dikeluarkan, mungkin oleh
endonuklease atau eksonuklease terkait
DNA-PK, dan celah kemudian diisi; dan
kontinuitas untai dipulihkan oleh ligase.