KONTROL EKSPRESI GEN PADA SEL EUKARIOTIKBAB IPENDAHULUANA. LATAR BELAKANGGen adalah unit heriditas suatu organisme hidup. Gen ini dikode dalam material genetik organisme, yang kita kenal sebagai molekul DNA, atau RNA pada beberapa virus, dan ekspresinya dipengaruhi oleh lingkungan internal atau eksternal seperti perkembangan fisik atau perilaku dari organisme itu. Gen tersusun atas daerah urutan basa nukleotida baik yang mengkode suatu informasi genetik (coding-gene region as exon) dan juga daerah yang tidak mengkode informasi genetik (non-coding-gene region as intron ), hal ini penting untuk pembentukan suatu protein yang fungsinya diperlukan di tingkat sel, jaringan, organ atau organisme secara keseluruhan.Dengan penemuan ini maka telah ditemukan bagaimana informasi genetik diwariskan dan diekspresikan. Mekanisme molekuler dari pewarisan melibatkan proses yang dikenal sebagai replikasi, dimana rantai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis salinan DNA.Ekspresi gen di dalam sel memerlukan dua proses, transkripsi dimana DNA berfungsi sebagai templete dan ditranskripsikan menjadi mRNA dan ditranslasi dimana infromasi pada RNA akan diterjemahkan sehingga menghasilkan protein. Pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik hanya memungkinkan ekspresi sebagian kecil genom dalam suatu waktu, sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan differensiasi. Ini memerlukan suatu pengaturan melalui mekanisme yang rumit. Untuk suatu gen yang spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan diberbagai tingkat dan berbagai faktor bekerja bersamaan untuk merangsang dan menghambat ekspresi suatu gen.B. RUMUSAN MASALAH1. Apa itu ekspresi gen?2. Apa perbedaan regulasi ekspresi gen pada sel prokariotik dan sel eukariotik?3. Bagaimana pengaturan atau regulasi ekspresi gen pada sel eukariotik?

BAB IIPEMBAHASAN

1. EKSPRESI GENSebelum penemuan DNA, telah diketahui bahwa gen adalah unit fisik dan fungsional dari hereditas yang mengandung informasi untuk sintesis protein. Gen-gen membawa informasi yang harus dikopi secara akurat untuk ditransmisikan kepada generasi berikutnya. Sekarang pertanyaannya adalah bagaimana suatu informasi dapat diformulasikan dalam bentuk molekul kimia? Bagaimana molekul tersebut dapat dikopi secara akurat? Pada tahun 1940-an, peneliti menemukan bahwa informasi genetik terutama terdiri dari instruksi untuk membentuk protein. Protein adalah molekul makro yang berperan dalam hampir semua fungsi sel yaitu: sebagai bahan pembangun struktur sel dan membentuk enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi-reaksi kimia di dalam sel meregulasi ekspresi gen, memungkinkan sel untuk bergerak dan berkomunikasi antar sel. Jadi fungsi paling penting dari DNA adalah membawa gen yang mengandung informasi yang menentukan jenis protein yang harus disintesis, kapan, dalam tipe sel yang mana, dan seberapa banyak jumlah protein yang harus disintesis.Dengan semakin berkembangnya pengetahuan molekuler maka definisi dari gen adalah :a. Keseluruhan sekuen asam nukleat yang dapat ditranskrip menjadi RNA fungsional dan protein, pada waktu dan tempat yang tepat selama pertumbuhan dan perkembangan organisme. Komposisi gen adalah: daerah pengkode (exon and intron) yang mengkode RNA atau protein + sekuen-sekuen pengaturan (Regulatory sequences: termasuk. promoter yang menginisiasi terjadinya transkripsi, enhancer/silencer yang menentukan tinggi rendahnya aktivitas transkripsi, polyadenylation site, splicing sites serta signal terminasi transkripsi).b. Produk gen : RNA yang kemudian ditranslasi menjadi protein Hanya RNA seperti rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA dan miRNc. Satu gen mempunyai potensi menghasilkan banyak produk karena adanya :promoter- promoter yang berbeda alternative splicing

Gambar1. Daerah regulasi gen, exon, intron, dan signal akhir prosesTranskripsi dari gen eukaryota.

Didalam gen terdapat urutan nukleotida sepanjang untaian DNA yang menentukan protein, yang akan dihasilkan oleh organisme sebagai ekspresi gen. Langkah pertama dalam ekspresi gen adalah transkripsi DNA menjadi RNA. Molekul RNA sama dengan DNA kecuali pada:a. Gugusan gula adalah ribosa. Basa urasil (U) menggantikan timin (T) dan U berpasangan dengan Ab. RNA biasanya tidak berantai ganda walaupun dapat melipat dirinya sendiri jika terjadi komplementaritas dan beberapa virus RNA berantai ganda.Tiga kelas RNA utama merupakan RNA messenger (mRNA), RNA transfer (tRNA), RNA ribosomal (rRNA). mRNA diterjemahkan menjadi protein. tRNA terlibat dalam transfer asam amino ke dalam protein, rRNA termuat dalam ribosom yang terlibat dalam sintesis protein.

2. PERBEDAAN REGULASI EKSPRESI GEN PADA SEL PROKARIOTIK DAN SEL EUKARIOTIKa. Eukariotik mengandung lebih banyak informasi genetik, selain itu DNA eukariotik dilengkapi dengan histon dan protein lainnya untuk membuat kromatin yang berperan penting sebagai sakelar pengatur utama kontrol ekspresi. Pada saat kromatin dalam keadaan kondensasi yang terlihat sebagai kromosom maka DNA tidak dapat ditranskrip.b. Informasi genetik pada eukariotik tersimpan di beberapa kromosom dan terbungkus oleh dua lapis membran inti, sedangkan pada prokariotik hanya pada satu kromosom.c. Informasi genetik pada eukariotik terpisah dari sitoplasma sehingga transkripsi dan translasi dipisahkan oleh ruang, sehingga proses transkripsi terjadi di dalam inti sel sedangkan translasi terjadi di dalam sitoplasma. d. RNA hasil transkripsi diproses terlebih dahulu sebelum dipindah ke dalam sitoplasma.e. dRNA pada eukariotik memiliki waktu paruh yang lebih lama dibandingkan dRNA prokariot. Pada saat sel prokariot membutuhkan untuk sintesis protein lagi, proses transkripsi segera dihentikan dan dRNA yang telah ada akan lebur dalam beberapa menit.f. Eukariotik memiliki kontrol translasi karena dRNA lebih stabil.g. Sebagian besar eukariotik adalah organism multiseluler dengan tipe sel yang berbeda-beda. Setiap tipe sel menggunakan seperangkat gen yang berbeda untuk mensintesis protein yang berbeda sekalipun setiap sel memiliki perangkat yang sama lengkapnya.

3. REGULASI ATAU KONTROL EKSPRESI GEN SEL EUKARIOTAAktivitas berbagai gen memperlihatkan variasi yang luas dalam berbagai sel. Dengan demikian, hormon pertumbhan dan insulin masing-masing dihasilkan secara eksklusif dalam kelenjar hipofisis dan sel pankreas. Gen lain diekspresikan secara luas. Contohnya gen renin diekspresikan dalam ginjal dan beberapa jaringan ekstrarenal. Perbedaan ini terutama disebabkan oleh pengauran ekspresi gen, karena umumnya struktur DNA adalah sama bagi seluruh sel-sel tubuh. Pada sel eukariot gen yang mengkode protein yang berfungsi bersama-sama biasanya terletak pada kromosom yang berbeda. Misalnya gen untuk rantai globin haemoglobin terletak pada kromosom 16, sedangkan gen untuk rantai terletak dikromosom 11. Situasi ini berbeda dari bakteri, dimana gen yang mengkode protein berfungsi bersama-sama terletak berdampingan satu sama lain dalam operon. Operon tidak terdapat pada sel eukariot.Ekspresi gen pada sel eukariot berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda yaitu: transkripsi, pascatranskripsi, translasi, pasca translasi.

Gambar2. Tahapan proses regulasi ekspresi gen pada sel eukariotik

a. Pengaturan Tahap Transkripsi Secara umum, mekanisme pada eukariotik serupa dengan yang terjadi di prokariotik. Hanya saja pada eukariotik memiliki Kontrol unsur yang membentuk komplek inisiasi transkripsi, gen codable yang terdiri dari intron dan ekson, serta pemutus sinyal yang dapat mengakhiri transkripsi. Proses transkripsi diawali oleh proses penempelan faktor-faktor transkripsi dan kompleks enzim RNA polymerase pada daerah promoter. Berbeda dengan prokariot, RNA polymerase pada eukariot tidak menempel langsung dengan pada DNA di daerah promoter. Melainkan melalui perantaraan protein-protein lain yang disebut sebagai faktor transkripsi. Faktor transkripsi dibedakan menjadi dua kelompok yaitu: Faktor transkripsi umum dan Faktor transkripsi khusus. Faktor transkripsi umum berperan untuk mengarahkan RNA polymerase ke promoter. Penempelan RNA polimerase pada promoter oleh factor tersebut hanya menghasilkan transkripsi pada level dasar, sedangkan pengaturan gen yang lebih spesifik dilakukan oleh factor transkripsi khusus untuk suatu gen. Meskipun demikian, proses penempelan tersebut sangat penting untuk kelangsungan proses transkripsi. Setelah faktor-faktor transkripsi umum dan RNA polimerase menempel pada promoter, selanjutnya akan terjadi pembentukan kompleks promoter terbuka. Transkripsi dimulai pada titik awal transkripsi (RNA initiation site, RIS) yang terletak beberapa nukleotida sebelum urutan kodon awal ATG.

Kontrol utama dari ekspresi gen terjadi pada tingkat awal transkripsi. Transkripsi diawali oleh unsur promotor proksimal yang membentuk sekitar 30 nukleotida di hulu tempat strat transkripsi. Daerah ini mengandung yang disebut sebagai books TATA dalam rangkaian TATA atau rangkaian yang serupa. Struktur ini mengikat suatu kompleks protein yang dikenal sebagai faktor books TATA, dalam hal ini termasuk protein-protein pengikat books TATA (TBP atau TFIID). Faktor lain seperti TFII, TFIII dan polimerase RNA.Beberapa promotor tidak mengandung kotak TATA dan mengawali transkripsi melalui faktor-faktor yang sama. Secara umum faktor-faktor ini disebut faktor piranti umum dan basal. Protein lain dapat berikatan dengan faktor basal pada regio promotor dan enhacer DNA untuk bertindak bersama dnegan RNA polimerase untuk dapat mengatur awal transkripsi. Protein ini disebut sebagai faktor transkripsi.Transaktivator adalah protein yang digabungkan dengan protein lain (koaktivator) ke kompleks protein yang terikat ke promotor basal di books TATA. Apabila terjadi interaksi yang sesuai antara transaktivator, koaktivator, dan kompleks promotor basal, RNA polimerase lebih sering berikatan dengan promotor basal sehingga kecepatan transkripsi gen meningkat.Mekanisme penempelan faktor transkripsi tersebut sebagai berikut:1) TFIID menempel pada bagian TATA Box pada promoter, yang dibantu oleh faktor TFIIA sehingga membentuk kompleks DA. Peranan TFIIA adalah meningkatkan data ikat TFIID terhadap TATA Box. 2) Kemudian diikuti oleh penempelan faktor TFBII3) Faktor TFIIF selanjutnya menempel yang diikuti oleh penempelan RNA polimerase II.4) Akhirnya faktor TFIIE akan menempel dan diikuti oleh TFIIH dan TFIIJ

Kompleks pra-inisiasi yang terbentuk disebut sebagai kompleks DABPolFEH. Sehingga dapat diketahui bahwa pada eukariotik RNA polimerae II tidak secara langsung menempel pada promoter melainkan melalui perantaraan faktor transkripsi. Setelah terbentuk kompleks pra inisiasi RNA polimerase II siap untuk melakukan proses transkripsi jika ada nukleotida. Faktor transkripsi yang penting untuk mengawali inisiasi proses transkripsi adalah TBP, TFIIB, TFIIF, dan RNA polimerase II tanpa adanya TFIIE dan TFIIH, sebenarnya sudah dapat terjadi transkripsi namun tidak sempurna. Pembentukan transkripsi yang tidak sempurna tersebut menandakan telah terbentuknya kompleks inisisasi termasuk terjadinya pembukaan DNA secara lokal dan pembentukan ikatan pospodiester pertama. Dalam hal ini faktor TFIIE dan TFIIH tidak diperlukan dalam proses inisiasi melainkan diperlukan dalam proses pelepasan dari promotor yang menandai dimulainya transkripsi (pemanjangan transkip) secara aktif. Pelepasan dari promotot tersebut dikatalisis oleh aktifitas DNA helikase yang dimiliki oleh TFIIH sehingga menyebabkan terbukanya DNA pada daerah promotor. Hal ini dilakukan dengan cara memuntir DNA di daerah hilir dari bagian yang berikatan dengan faktor transkripsi yang lain sehingga terbentuk gelembung transkripsi. Pembentukan gelembung transkripsi memunkinkan RNA polimerase untuk memulai transkripsi dan bergerak dari hilir sepanjang 10-12 nukleotida. Pergerakan RNA polimerase tersebut dibantu oleh aktifitas TFIIH yang menyebabkan pemanjangan gelembung transkripsi.

Gambar3. Pengaturan tahap transkripsi TFIID merupakan faktor transkripsi pertama yang secara berikatan dengan TATA Box sehingga penempelan faktor transkripsi ini akan mengarahkan faktor-faktor yang lain dan RNA polimerase II untuk mengenali promoter. Faktor TFIID merupakan kompleks protein yang terdiri atas beberapa protein yaitu protein pengikat TATA Box (TATA Box binding protein, TBP), dan TAF (faktor transkripsi yang terkait dengan TBP). Pada saat kompleks pra-inisiasi sudah terbentuk, RNA polimerase bersama-sama dengan TFIIH menutupi promoter.Faktor tersebut berperan dalam proses fosforilisasi RNA polymerase II menjadi bentuk IIO, selain itu juga mempunyai aktivitas kinase CTD. Bentuk RNA polymerase IIO inilah yang selanjutnya melakukan pemanjangan transkrip. Fosforilisasi terjadi pada asam-asam amino pada bagian CTD yang terdapat pada subunit RNA polymerase II yang paling besar.Fosforilisasi tersebut memicu perubahan perubahan status RNA polymerase II dari keadaan pra-inisiasi menjadi inisiasi dan selanjutnya terjadi pemanjangan transkrip. Hal tersebut dikarenakan fosforilasasi RNA polymerase II menyebabkan ikatan antara CTD dengan TBP menjadi lemah Proses pemanjangan transkrip distimulasi oleh suatu factor yang disebut TFIIS dengan cara membatasi jeda dalam proses polymerase oleh RNA polymerase. Proses pemanjangan transkrip akan berjalan sampai RNA polymerase II mencapai daerah terminator. Terminasi transkripsi dalapt berlangsung karena adanya aktivitas fosfatase yang spesifik untuk CTD sehingga mengembalikan RNA polymerase II menjadi bentuk yang tidak mengalami fosforilisasi. Dalam keadaan tersebut, RNA polimerae II dapat digunakan kembali dalam proses transkripsi selanjutnya. Dengan demikian, RNA polymerase II dapat digunakan secara berulang-ulang dalam proses transkripsi gen. Berikut skema secara umum proses transkripsi yang melibatkan RNA polymerase II.

Terdapat beberapa jenis struktur transkripsi antara lain:1) Zinc Finger

Gambar4. Zinc Finger

2) Helix-loop-helix (HLH)

Gambar4. Helix-loop-helix

3) Leucine zipper

Gambar5. Leucine zipper

4) HMG-box (high mobility group protein)Terbentuk dari 3 heliks- yang membentuk struktur mirip boomerang. Aktivasi DNA dengan melekukkan DNA.Tahapan pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik dapat dilihat sebagai berikut.

Gambar6. Tahapan pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik

b. Pengaturan Tahap Pasca Transkripsi Berbeda dengan prokariot yang proses transkripsi dan translasi berlangsung hampir serentak yaitu sebelum transkripsi selesai dilakukan, translasi sudah dapat dimulai. Hal tersebut terjadi karena pada prokariot tidak ada hambatan struktural sel karena semua komponen transkripsi dan translasi terletak pada sitoplasma yang sama. Sedangkan pada sel eukariotik proses tanskripsi berlangsung di dalam nukleus sedangkan translasi terjadi di dalam nukleus dan proses translasi terjadi di dalam sitoplasma. Sehingga translasi baru dapat berjalan jika proses transkripsi selesai dijalankan. Jeda waktu tersebut disebut sebagai fase pasca-transkripsi. Pada fase ini terjadi beberapa proses yang unik pada eukariot antara lain (1) pemotongan dan penyambungan RNA (RNA spilicing), (2) poliadenilasi (penambahan gugus poli-A pada ujung 3 mRNA), (3) penambahan tudung (cap) pada ujung 5 mRNA.

1) Pemotongan dan Penyambungan RNA (Splicing) Pada organisme eukariotik terdapat gen yang organisasinya tersusun atas ekson dan intron, meskipun tidak semua gen eukariotik mempunyai intron. Pada awalnya, gen yang terdiri atas ekson dan intron ditranskripsi meghasilkan pre-mRNA (transkrip primer) karena masih mengandung sekuen intron. Pada tahapan selanjutnya intron akan dipotong dari pre-mRNA dan ekson-ekson yang ada selanjutnya disambung menjadi mRNA yang matang (mature mRNA). Proses pemotongan intron dan penyambungan kembali ekson-ekson disebut sebagai proses penyambungan RNA (RNA splicing). Transkrip mRNA yang sudah matang inilah yang selanjutnya akan ditranslasi. Berikut skema proses splicing RNA:

Gambar7. Skema dasar proses splicing RNA

Proses splicing RNA merupakan proses yang sangat akurat. Akurasi proses pemotongan dan penyambungan ditentukan oleh suatu urutan nukleotida yang dikenal sebagai splicing signals. Sejauh ini urutan nukleotida lestari yang ditemukan pada beberapa intron yang berbeda yang diketahui adalah dua nukleotida pada ujung intron, yaitu:Ekson-GU.AG-Ekson Intron Selain urutan tersebut juga terdapat urutan pada bagian pertemuan antara ekson dengan intron. Sinyal untuk pemotongan intron dan penyambungan ekson pada prekusor mRNA gen-gen pada nukleus sangat beragam yaitu kedua basa intron basa hampir selalu mengandung GU dan dua basa terakhir selalu mengandung AG. Selain itu keseluruhan sekuens consensus sangat penting untuk pemotongan intron dan penyambungan ekson secara tepat. Terjadinya mutasi pada sekuen konsensus dapat menyebabkan splicing abnormal. Sifat lestari ujung 5 dan 3 pada sisi pemotongan penyambungan serta kotak TACTAAC menunjukkan bahwa hal ini mempunyai fungsi sangat penting dalam ekspresi genetik. Mutasi pada bagian tersebut dapat menyebabkan perubahan fenotip pada banyak organism eukariotik, karena bagian ini bertanggungjawab dala pemunculan penyakit menurun pada manusia misalnya kelainan hemoglobin. Proses pemotongan intron dan transkrip RNA terdiri atas tiga tipe yang bebeda yaitu :

a) Mekanisme Splicing Prekurson RNA inti sel Proses splicing menghasilkan suatu struktur cabang yang disebut dengan lariat, yaitu suatu struktur yang bentuknya seperti tali laso. Pada tahap pertama, gugus 2-OH nukleotida adenine yang ada dalam intron menyerang ikatan fosfodiester yang menghubungkan ekson 1 dengan intron. Hal ini menyebabkan terputusnya ikatan antara ekson 1 dengan intron sehingga dihasilkan ekson 1 yang bebas dan struktur lariat yang merupakan gabungan antara intron dengan ekson 2. Struktur lariat tersebut mempunyai ujung 5 GU yang berikatan dengan titik percabangan melalui ikatan fosfodiester. Pada tahap kedua, ujung 3-OH pada ekson 1 menyerang ikatan fosfodiester antara intron dan ekson 2 menghasilkan struktur intron berbentuk lariat dan ekson 1 atau ekson 2 yang bersambungan. Penyambungan antara ekson 1 dan ekson 2 diperantarai oleh gugus fosfat pada ujung 5 ekson 2. Berdasarkan penelitian pada Khamir, menunjukkan bahwa splicing berlangsung di dalam suatu partikel yang berukuran 40S yang disebut sebagai spliceosome. Partikel tersebut berperan penting dalam proses splicing karena pre-mRNA yang mengalami mutasi dari A C pada titik percabangan tidak dapat melakukan splicing. Hal ini disebabkan RNA semacam ini tidak mampu membuat struktur dalam spliceosom. Selain partikel tersebut, faktor lain yang juga berperan penting dalam splicing adalah molekul RNA berukuran kecil yang disebut small nuclear RNA (snRNA) yang berasosiasi dengan suatu protein membentuk kompleks small ribonuclear protein (snRNP) yang terdiri atas U1, U2, U4, U5 dan U6. Berikut skema proses splicing oleh adanya spliceosome. Berdasarkan skema tersebut dapat diketahui bahwa splicing RNA dikatalis oleh perakitan sRNP dan ditambah dengan protein lainnya yang bersama-sama membentuk spliceosome. Spliceosome sebagai pengenal sinyal pada molekul pre-mRNA yang membawa kedua ujung intron bersama-sama dan dan menyediakan aktivitas enzimatik untuk dua tahap reaksi. Pada kedua reaksi tersebut, (A) menunjukkan langkah pertama yaitu nukleotida adenine spesifik dalan sekuen intron menyerang situs sambungan (splice site) ujung 5 dan memotong sugar-phosphate backbone RNA. Pemotongan ujung 5 dari intron menjadi secara kovalen terhubung dengan nukleotida adenine, seperti yang ditunjukkan pada (B) akhirnya dapat membuka Loop molekul RNA. Pelepasan ujung 3-OH dari sekuen ekson kemudian bereaksi dengan mulainya sekuen ekson selanjutnya, penggabungan dua ekson bersama dan melepaskan sekuen intron dalam bentuk lariat. Dua sekuen ekson menjadi bergabung menjadi sekuen pengkode secara kontinyu, pelepasan sekuen intron terdegradasi pada waktunya.Selanjutnya (gambar 4), situs branch-point pertama kali dikenali oleh BBP (Branch-point binding protein) dan U2AF, protein bantu (helper protein). Dalam langkah selanjutnya, U2 snRNP menggantikan BBP dan U2AF dan pembentukan pasangan basa dengan dengan situs sekuen konsensus dan pembentukan pasangan basa U2 snRNP dengan splice junction 5.Pada tahap ini, U4/U6, U5 triple memasuki spliceosome. Dalam triple snRNP, snRNAS U4 dan U6 dipegang kuat bersama oleh interaksi pasangan basa dan snRNP U5 terhubung lebih longgar. Beberapa penyusunan ulang RNA-RNA kemudian terjadi pemecahan pasangan basa U4/U6 (snRNP U4 dikeluarkan dari spliceosome sebelum splicing selesai) dan memungkinkan snRNP U6 menggantikan U1 pada splice junction 5. Penyusunan ulang selanjutnya membuat situs aktif dari spliceosome dan dan bagian posisi yang sesuai dari subtrats pre-mRNA untuk reaksi splicing terjadi. Berikut beberapa penyusunan ulang yang terjadi di spliceosome selama splicing pre-mRNA. Pada gambar tersebut merupakan rincian proses penyusunan ulang pada spliceosome selama pra-mRNA pada Saccharomyces cerevisiae, dimana sekuen nukleotida yang terlibat sedikit berbeda dengan yang terdapat pada sel manusia. (A) Pertukaran U1 snRNP untuk U6 snRNP terjadi sebelum reaksi fosforil-transfer pertama. Pertukaran tersebut menungkinkan 5 splice dibaca oleh snRNPs berbeda, sehingga dapat meningkatkan akurasi seleksi situs 5 splice oleh spliceosome. (B) Situs branch-point pertama kali dikenali oleh BBP dan kemudian oleh U2 snRNP seperti pada bagian (A), strategi Chek and Rechek memberikan akurasi yang meningkat dari situs seleksi. Pengikatan U2 ke branch-point akan memaksi adenine yang sesuai untuk menjadi tidak berpasangan, dengan demikian dapat mengaktifkan penyerangan terhadap situs splice 5. Dalam hal ini, kombinasi dengan pengenalan oleh BBP merupakan cara spliceosome memilih adenine secara akurat untuk membentuk branch poin. (C) Setelah reaksi fosforil-transfer pertama (kiri) telah terjadi, snRNP U5 mengalami penataan ulang yang membawa dua ekson ke dalam jarak dekat untuk reaksi fosforil-transfer kedua (kanan). kedua posisi snRNAs reaktan dan memberikan (baik semua atau sebagian) situs katalitik untuk dua reaksi. snRNP U5 hadir dalam spliceosome sebelum penataan ulang ini terjadi, karena kejelasan itu telah dihilangkan dari panel kiri.

b) Mekanisme splicing secara autokatalik Mekanisme ini terjadi pada prekursor rRNA tanpa melibatkan enzim. Lebih jauh telah diketahui pula bahwa mekanisme semacam ini juga terjadi pada pemotongan intron prekursor rRNA, tRNA, mRNA yang ada pada mitokondria dan kloroplas banyak spesies, misalnya pemotongan intron gen 26s rRNA dan tetrahymena. Mekanisme splicing autokatalitik tidak memerlukan energi maupun enzim tetapi melibatkan reaksi transfer ikatan fosfoester tanpa ada ikatan yang hilang. Proses pemotongan intron secara autokatalitik dapat dibedakan menjadi dua yaitu pada gen-gen yang mengandung intron grup I dan intron grup II. Pada intron grup I (misalnya 26s rrn pada tetrahymena), proses splicing melibatkan penambahan nukleotida guanine pada ujung 5 intron. Guanine tersebut adalah nukleotida yang berasal dari luar, bukan bagian integral intron seperti yang diamati pada splicing menggunakan spliceosome. Pada tahap pertama, nukleotida guanine menyerang nukleotida adenine pada ujung 5 intron dan melepaskan ekson 1. Pada tahap kedua, ekson 1 menyerang ekson 2 sekaligus melakukan penyambungan ekson 1 dan ekson 2 serta melepaskan intron berbentuk linier. Selanjutnya, dengan proses yang berbeda, intron linier dipotong nukleotidanya sebanyak 19 nukleotida dari ujung 5

c) Mekanisme splicing prekursor tRNA Mekanisme splicing prekursor tRNA pada sacchromyces cerevisiae melalui dua tahapan penting. Dalam tahapan pertama, enzim yang disebut splicing edonuklease (tRNA endonucleasse) yang terikat pada membran nukleus melakukan dua pemotongan secara tepat pada kedua ujung intron. Selanjutnya pada tahap ke dua suatu enzim yang disebut splicing ligase (RNA ligase) menyambung kedua bagian tRNA sehingga dihasilkan molekul tRNA yang sedah matang (mature tRNA). Beberapa mekanisme splicing yang dijelaskan adalah mekanisme cis splicing yaitu proses splicing yang melibatkan dua ekson atau lebih yang ada pada gen yang sama. Penelitian pada triphanosoma, protozoa yang memiliki alat gerak flagella, menunjukkan terdapat mekanisme splicing alternatif yang disebut trans-splicing . Pada trans-splicing ekson-ekson yang digabungkan berasal dari gen yang sama, bahkan dapat berasal dari kromosom yang berbeda. Penelitian yang lebih lanjut pada organisme tersebut menunjukkan bahwa semua mRNA mempunyai 35 nukliotida awal (leader), disebut sebagai splicid leader (SL), tetapi gen-gen yang mengkode mRNA tersebut tidak mempunyai urutan komplementer ke 35 nukleotida awal. Gen yang mengkode SL tersebut diketahui berulang sekitar 200 kali pada genon tripanosoma. Gen tersebut hanya mengkode SL ditambah 100 nukleotida yang tersambung pada sl melalui sekeuen splicing konsensus pada ujung 5. Dengan demikian gen mini tersebut tersusun ekson SL yang pendek dan ujung 5 suatu intron.

2) PoliadenilaseTranskip mRNA pada eukariot juga mengalami pemrosesan dalam bentuk penambahan poli-A (rantai AMP) pada ujung 3 sepanjang kurang lebih 200-250 nukleotida. Penambahan poli-A tersebut ditambahkan pasca-transkripsi karena tidak ada bagian gen yang mengkode rangkaian A atau T semacam ini. Penambahan tersebut dilakukan dengan menggunakan aktivitas enzim poli (A) polimerase yang ada di dalam nukleus. Sebagian mRNA mengandung poli-A, kecuali mRNA histon.Penambahan poli-A pada ujung 3 meningkatkan stabilitas mRNA sehingga mRNA mempunyai umur yang lebih panjang dibandingkan dengan mRNA yang tidak mempunyai poliA. Selain itu juga ada bukti yang menunjukan bahwa keberadaan poli-A meningkatkan efisiensi translasi mRNA semacam itu. Diketahui ada suatu protein, yaitu poly (A)-binding protein I, yang menempel pada poliA sehingga meningkatkan efisiensi translasi. Bukti lain juga menegaskan bahwa mRNA yang mempunyai poli-A mempunyai kemungkinan yang lebih tinggi untuk mengikat ribosom sehingga dapat meningkatkan efisiensi translasi dibandingkan mRNA yang tidak mengalami poliadenilasi. Poliadenilasi dilakukan pada prekursor mRNA bahkan sebelum terjadi terminasi transkripsi. Hal tersebut dilakukan dengan cara memotong prekursor pada bagian yang nantinya akan menjadi bagian mRNA yang matang, kemudian dilanjutkan dengan menambahkan poli-A pada ujung 3 yang terbuka. Bagian mRNA yang disintesis setelah selesai sisi poliadenilasi yang selanjuutnya didegradasi.Tempat dilakukan poliadenilasi dicirikan oleh sinyal poliadenilasi pada gen mamalia. Sinyal tersebut terdiri dari rangkaian nukleotida AATAAA yang diikuti oleh sekitar 20 nukleotida yang kaya akan residu GT serta diikuti oleh motif yang kaya akan T. Transkip mRNA pada tanaman dan khamir juga mengalami poliadenilasi tetapi sinyal poliadenilasinya berbeda dari yang ada pada mamalia karena ada variasi pada sekuens AATAAA. Pada khamir, jarang sekali ada motif AATAAA yang ditemukan.

3) Penambahan tudung (cap) pada ujung 5 mRNA Organisme eukariot mengalami metilasi (penambahan gugus metil) yang sebagian besar terakumulasi pada ujung 5 mRNA. Stuktur ini kemudian dikenal sebagai tudung mRNA (mRNA cap). Penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Yasuhiro Furuichi dan Kin-Ichiro Miura menunjukan bahwa tudung mRNA tersebut berupa molekul 7-metilguanosin (m7G). Tudung mRNA tersebut disintesis dalam beberapa tahapan. Yang pertama, enzim RNA trifosfatase memotong gugus fosfat pada ujung pre mRNA, kemudian enzim guanili transferase memotong gugus fosfat pada ujung pre mRNA.Kemudian enzim guanili transferase menambahkan GMP (guanosin fosfat). Selanjutnya, enzim metil transferase melakukan metilasi tudung guanosin pada N7 dan gugus 2-O metil pada nukleotida ujung tudung tersebut. Proses penambahan tudung tersebut berlangsung pada tahapan awal transkripsi sebelum transkrip mencapai panjang 30 nukleotida.Tudung mRNA mempunyai empat macam fungsi, yaitu: (1) melindungi mRNA dari degradasi. (2) meningkatkan efisiensi translasi mRNA, (3) meningkatkan pengangkutan mRNA dan nukleus ke sitoplasma (4) meningkatkan efisiensi proses spilicing mRNA. Tudung m7G berikatan dengan mRNA melalui ikatan trifosfat. Tudung tersebut juga meningkatkan efisiensi translasi karena ribosom dapat mengakses mRNA melalui suatu protein yang menempel pada tudung. Dengan demikian, jika tidak ada tudung, maka protein yang melekat pada tudung tidak akan menempel. Hal itu akhirnya akan mengurangi kemungkinan ribosom untuk menempel dan melakukan translasi.

c. Tahap Pasca Transkripsi1) Pemrosesan rRNA dan tRNA Molekul rRNA yang dihasilkan pada prokariot maupun eukariot pada awalnya berupa prekursor yang berukuran lebih panjang dari molekul yang matang. Sebagai contoh, pada mamalia, dihasilkan prekusor rRNA yang berukuran 45s yang sesungguhnya terdiri atas ukuran yang lebih kecil yaitu 28 s, 18s, dan 5,8s. Nukleotida diantara unit-unit kecil tersebut harus dipotong (diproses) untuk menghasilkan unit-unit fungsional yang lebih kecil. Perlu diperhatikan bahwa pemrosesan prekusor rRNA yang dimaksud disini bukanlah splicing, karena splicing adalah proses pemotongan intron yang ada di dalam struktur intenal transkrip dan diikuti oleh penyambungan ekson. Pada pemrosesan prekursor rRNA semacam ini tidak ada penyambungan kembali molekul-molekul rRNA yang sudah dipotong karena masing-masing unit yang dihasilkan adalah unit independen.Selain rRNA, molekul tRNA juga disintesis dalam dibentuk prekursor. Pada prokariot, prekusor tersebut dapat terdiri atas satu tRNA atau lebih, atau kadang bercampur dengan rRNA. Untuk memotong prekusor yang terdiri atas lebih dari satu tRNA atau campuran tRNA dan rRNA pada prokariot diperlukan aktifitas enzim RNAse III. Setelah dipotong, tRNA masih mengandung beberapa nukleotida pada ujung 5 maupun 3. Demikian pula pada eukariot, ujung 5 dan 3 pada prekusor tRNA mengandung beberapa nukleotida. Nukleotida tambahan yang ada pada ujung 5 pada prekusor tRNA prokariot maupun eukariot akan dipotong oleh enzim RNAse P, sedangkan ujung 3nya akan diproses dengan enzim RNAse D., RNAse BN, RNAse T, RNAse PH, RNAse II, dan polinukleotida fosforilase (PNPase).

2) Penyuntingan RNA Selain fenomena trans-splicing, pada tripanosoma juga terdapat mekanisme pasca transkripsi lain yang aneh yang disebut sebagai penyuntingan RNA (RNA editing). Pada perkembangan selanjutnya diketahi bahwa sekuen mRNA sitokrom oksidase II (COII) pada tripanosoma ternyata tidak sesuai dengan sekuens gen yang mengkodenya. Sekuens mRNA COII diketahui mengandung 4 nukleotida yang tidak terdapat pada gen COII yang ada di dalam kinetoplast (semacam mitokondria yang mengandung dua dna lingkar yang terikat bersama menjadi struktur catanane). Ketiadaan keempat nukleotida tersebut pada gen COII nampaknya dapat menyebabkan terjadinya mutasi pergeseran pola baca (frame hift) yang dapat menyebabkan gen menjadi tidak aktif. Meskipun demikian, mRNA yang dihasilkan ternyata mengandung empat nukleotida tersebut sehingga tidak terjadi pergeseran pola baca. Rob banne berkesimpulan bahwa mRNA tripanosoma tersebut dikopi dari suatu gen yang tidak lengkap, disebut sebagai cryptogene, kemudian disunting lagi dengan menambahkan empat nukleotida yang kesemuanya adalah urdine.Penelitian-penelitian berikutnya membuktian bahwa penyuntingan mRNA memang fenomena umum pada tripanosoma. Bahkan, beberapa mRNA sunting secara sangat ekstensif, misalnya sukuens mRNA COII Trypanosoma brucei sepanjang 731 nukleotiga mengandung 407 uridine (u) yang ditambahkan melalui proses penyuntingan. Selain penambahan, penyuntingan pada mRNA COII juga menghilangkan 19 uridine yang dikode. Fenomena penyuntingan tersebut diketahui selalu terjadi pada ujung 3 dn tidak ada pada ujung 5 dengan orientasi 3 ke 5. Penyuntingan tersebut diketahui dilakukan oleh suatu molekul RNA yang disebut sebagai guide RNA (gRNA). Molekul gRNA tersebut berhibidisasi dengan baigian mRNA yang tidak di edit dan menyediakan nukleotida a dan g sebagai cetakan untuk penggabungan nukleotida u yang tidak ada pada mRNA. Kadang-kadang gRNA tidak mempunyai a atau g yang dapat berpasangan dengan u pada mRNA sehingga nukleotida tersebut dihilangkan menggunakan enzim eksoniklease.

3) Transport mRNAPada sel eukariotik, mRNA harus berpindah dari inti melalui pori0pori inti ke sitoplasma agar dapat ditranslasikan. Nuklease menguraikan mRNA, mencegah pembentukan protein yang dikode oleh mRNA. Selama transportasi ini mRNA terikat pada protein yang membantu pengurainnya.

d. Pengaturan Tahap TranslasiPengaturan pada pembentukan protein. Faktor inisiasi untuk translasi, terutama faktor inisiasi eukariotik 2(eLF2) merupakan pusat mekanisme pengatur ini. Kerja eLF2 dapat dihambat oleh fosforilasi. mRNA lain memiliki lengkung tajam yang menghambat inisiasi translasi.

Gambar8. Pengaturan tahap translasi

e. Pengaturan Tahap Pasca Translasi Pengaturan setelah terbentuknya protein. Setelah disintesis, lama hidup protein diatur oleh degradasi proteolitik. Protein memiliki waktu apruh yang berbeda-beda. Sebagian hanya bertahan beberapa jam atau hari. Sedangkan yang lain menetap sampai beberapa bulan atau tahun. Sebagian protein mengalami degradasi oleh enzim lisosom. Protein lain didegradasi oleh protease didalam sitoplasma. Sebagian protein ini tampaknya mengalami degradasi melalui pengikatan suatu protein yang dikenal dengan nama ubikuitin. Ubikuitin adalah protein yang sangat hemat. Urutan asam aminonya hanya memiliki sedikit variasi antara berbagai organisme.

Gambar9. Tahapan pengontrolan ekspresi gen pada sel eukariotik

BAB IIISIMPULAN

Gen pada eukariot adalah sebuah rantai polipeptida yang dikontrol oleh promotornya sendiri. Operon tidak terdapat pada sel eukariot. Ekspresi gen pada sel eukariot berlangsung melalui sejumlah tahapan yaitu pengaturan tahap transkripsi, pasca transkripsi, translasi dan pasca translasi. Pengaturan pada transkripsi merupakan pengaturan utama pada ekspresi gen. Pengaturan pada tingkat translasi merupakan mekanisme tambahan yang berlangsung di sitoplasma. Untuk suatu gen spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan untuk merangsang atau menghambat ekspresi suatu gen.DAFTAR PUSTAKA

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. 2002. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland ScienceGomez, M. Esther. R, Mercedes, Olivia, M and Mario, A. 2010. Regulation of Gene Expression in Protozoa Parasites. (Review). Journal of Biomedicine and Biotechnology. Volume 2010

Campbell, N.A. et al. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Karp, G. 2010. Cell and Molecular Biology, concept and exeperiments 6th ed. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd.

T. Kouzarides, 2007. Chromatin modifications and their function. Cell, vol. 128, no. 4, pp. 693705.

Y. Hirose and J. L. Manley. 200. RNA polymerase II and the integration of nuclear events. Genes and Development, vol. 14, no. 12, pp. 14151429Yuwono, T. 2000. Biologi Molekuler. Jakarta: Penerbit Erlangga20