5. Regulation of Gene Expression

8/17/2019 5. Regulation of Gene Expression

1/26

REGULASI EKSPRESI GEN

Dr. rer. nat. Kartika Senjarini


2/26

Pendahuluan

Perbedaan morfologi sel...lebih lanjut pada morfologi satuorganisme....apakah = berbeda gen/ada gen yang hilang???

R.G.E.: Kontrol selluler terhadap perubahan jumlah (amount)maupun waktu (timing) pada sintesis produk fungsional suatugen (ekspresi gen)

Produk fungsional gen: protein atau RNA, tetapi mekanismeregulasi ekspresi yang banyak diketahui adalah pada genpengkode protein


3/26

Cellular Differentiation


4/26

Dimana dapat dikontrol??

Struktur dan komposisi kimiawi DNA atau

khromatin

Jalur sintesa Protein(DNA→ RNA→ Protein)


5/26

Modifikasi kimia DNA: Metilasi

Metode yang umum untuk “gene silencing”

Oleh enzyme “methyltransferase”, pada basa

nukleotide Cytosine, umumnya pada promoter

Cytosine termetilasi biasanya dengan perlakuan =

“unchanged”, sedangkan yang tidak termetilasi

dapat diubah menjadi Uracil

Pola metilasi abnormal terlibat dalam prosesKarsinogenesis


6/26

Modifikasi kimia DNA: Metilasi


7/26

Modifikasi Struktur DNA

Struktur DNA = template untuk transkripsi o.k.densitas strukturnya merupakan indikator frekuensitranskripsi (keseringan)

Histon : protein yang bertanggung jawab padasupercoiling DNA. Kompleks ini dapat termodifikasioleh fosforilasi dan metilasi→ perubahan padalebih banyaknya atau sedikitnya level ekspresi gen

Histone Acetylation by Histone Acetyltransfer-aseenzyme : disosiasi DNA dari kompleks supercoiling


8/26

Modifikasi Struktur DNA

Kombinasi dari DNA

methylation dan Histone Acetylation = Densitas

pengepakan DNA lebih

tinggi sehingga ekspresi

gen lebih rendah


9/26

DNA

Primary RNA transcript

mRNA

mRNA

inactive Protein

Protein inactive mRNA

NUCLEUS

CYTOPLASM

1. transcr ip t ional control

2. processing contro l

3. transpo rt contro l

5. mRNA degradat ion co ntrol4. translat ional con trol

6. pro tein act iv i ty co ntro l

Regulasi Jalur Sintesa Protein


10/26


Pengendalian kapan dan seberapa sering gen ituditranskripsi (transcriptional control)

Pengendalian bagaimana RNA primer ditranskripsi(splicing atau pemrosesan lebih lanjut) (RNA-processingcontrol)

Seleksi terhadap mRNA nukleus yang akan ditransport kesitoplasma (RNA transport control)

Seleksi terhadap mRNA sitoplasma yang akan ditranslasioleh ribosom (translational control)

Destabilisasi mRNA sitoplasma tertentu secara selektif(mRNA degradation control)

Pengaktifan, Peng-in-aktifasi, lokalisasi molekul proteinsetelah sintesa (protein activity control)


11/26


Regulasi dapat bersifat:

1. positif : aktivasi ekspresi gen

2. negatif : in-aktivasi ekspresi gen

Penting: Regulatory protein dan Regulatory nukleotide

domain


12/26



13/26

Transcriptional Control

Regulasi terhadap kapan dan seberapa tinggi transkripsi

RNA Polymerase :

faktor-faktor spesifik: menentukan kemampuan pengikatan RNAPolymerase terhadap daerah promoter DNA template (exp: faktorsigma pada sel prokariotik):

1. repressor: mengikat pada daerah non-coding dekat/overlapepromoter, menginhibisi pengikatan RNA Polymerase

2. Basal Factor: memposisikan RNA Polymerase pada start sekuen DNApengkode protein

3. Activator: meningkatkan interaksi RNA Polymerase dengan promoter

dengan merubah struktur DNA atau berikatan dengan sub unit RNAPolymerase

4. Enhancer : sisi pengikatan activator pada DNA helix yang bekerjadengan membentuk loop DNA dan menginduksi terbentuknya kompleksinisiasi


14/26

Transcriptional Control

represor

Aktivator

operatorPromoterRNA-poly. GEN

EnhancerDNA-Loop

Arah transkripsi


15/26

Transcriptional Control: Prokariot

emm , scpA

(faktor virulensi)

mga P P

Molecular pathogenesis of Streptococcus pyogenes

Mga as Activator


16/26

Transcriptional Control: Prokariot


17/26

Transcriptional Control: Eukaryot

Pada eukaryot regulasi transkripsi melibatkan interaksi

“transcription factors” (TF), dgn TATA Box (upstream

promoter) menginduksi kompleks RNA-Polymerase (I,II dan

III)→ transkripsi.

Eukaryot juga lebih banyak menggunakan enhancer yang

mengendalikan gen-gen bahkan yang berjarak sampai

ribuan nukleotida.

Adanya membran inti pada eukaryot menyebabkanterhalanginya transkripsi dan translasi yang berlangsung

terus menerus


18/26

Enhancer pada kebanyakan eukaryot


19/26

Post Transcriptional Control

Capping: melindungi mRNA dari 5„-eksonuklease yang dapatmendegradasi RNA asing dengan merubah basa nukleotidapada 5„ melalui mekanisme 5'-5' linkage. Cap ini jugamembantu pengikatan pada ribosom

Splicing: pemotongan “introns” = noncoding regions yangditranskripsi menjadi RNA. Spliceosome akan berikatandengan intron membuat bentukan “loop” menjadi “circle” danmemotongnya. 2 Ujung extrons kemudian akan bergabung(eukaryot)

Penambahan ekor poly(A): “junk RNA” ditambahkan pada 3'

untuk memperlambat degradasi oleh eksonuklase sehinggamemperpanjang paruh hidupnya


20/26

Post Transcriptional Control


21/26

Perbedaan Kontrol Transkripsi

Prokariota

1 RNA Polimerase

Regulasi Operon

Produk: langsung berupa mRNA

mature

Translasi dapat terjadi secara

bersamaan dengan transkripsi

Eukariota

Pol I (rRNA); Pol II (mRNA,

snRNA); Pol III (tRNA und rRNA)

Regulasi: Transkription factors,

cis-& trans-acting elements

Produknya immature mRNA

(perlu posttranscription

processing

Trnaslasi hanya terjadi setelah

eksport dari nukleus


22/26

OPERON, polycistronic mRNA


23/26

Eukariotik

Regulasi Transkripsi

lebih komplek

Adanya Faktor

Transkrisi dan RNAPolimerase yang

berbeda

Ada faktor faktoryang lain yang juga

berperan


24/26

Contoh mekanisme Enhancer


25/26

Regulasi Translasi


26/26

Post Translational Control

Modifikasi kimiawi dari protein setelah disintesis

5. Regulation of Gene Expression

Documents