Analisis Ekspresi Gen dan Regulasinya

Pendahuluan
Sel-sel penyusun tubuh organisme tidak semuanya sama, melainkan memiliki variasi yang tinggi sesuai dengan fungsi yang diperankannya meskipun kandungan genomiknya sama. Adanya variasi tersebut disebabkan karena adanya perbedaan pola ketersediaan protein pada masing-masing sel, atau dengan kata lain disebabkan karena perbedaan pola ekspresi gen.
Ekspresi gen pada dasarnya merupakan suatu proses sintesis protein. Proses ekspresi gen ini ditentukan oleh sel itu sendiri. Jika sel tersebut membutuhkan suatu protein maka gen tertentu akan diekspresikan, namun jika sel tersebut tidak membutuhkan protein maka gen tersebut tidak diekspresikan. Jadi tidak semua gen akan diekspresikan pada saat yang bersamaan namun tergantung dari kebutuhan sel tersebut.

Gambar 1. Proses ekspresi gen yang meliputi transkripsi, splicing dan translasi

Reaksi dasar dari sintesis protein adalah pembentukan ikatan polipeptida antara gugus karboksil dari asam amino yang akan tumbuh dengan gugus amina dari asam amino bebas. Reaksi sintesis protein ini membutuhkan cetakan atau template yaitu mRNA, dimana mRNA diperoleh dari hasil transkripsi DNA. Sintesis protein diawali dari proses inisiasi, yaitu berikatannya dua sub unit ribosom dengan mRNA pada daerah spesifik, yaitu 10-30 nukleotida pada daerah upstream dari start kodon. Proses inisiasi memerlukan suatu kodon spesifik yaitu AUG (menyadi asam amino metionin).
Setelah proses inisiasi selesai maka dilanjutkan dengan terjadinya proses perpanjangan (elongasi). Pada proses perpanjangan rantai polipeptida ini dapat dikatakan melewati siklus yang terdiri dari 3 tahap. Pertama molekul amino asil tRNA akan terikat pada A-site yang kosong dengan jalan berikatan dengan kodon dari mRNA yang terdapat pada A-site. Kedua, gugus karboksil akhir dari rantai polipeptid akan terlepas dari molekul tRNA yang ada pada P-site dan membentuk ikatan polipeptida dengan gugus amino dari asam amino yang terikat pada tRNA dalam A-site. Reaksi ini dikatalisis oleh suatu enzim peptidil transferase. Ketiga, peptidil transferase yang baru terbentuk dalam A-site tersebut kemudian dipindahkan ke P-site saat ribosom bergerak ke depan sepanjang tiga nukleotida dari m-RNA. Pada saat proses translokasi tahap tiga tersebut, tRNA bebas yang semula menduduki P-site akan terlepas dari ribosom dan masuk sitoplasma, dan setelah proses ketiga selesai, A-site akan kosong dan siap menerima molekul tRNA yang baru dan mulailah siklus seperti tadi lagi. Proses perpanjangan ini akan terus berlangsung sampai akhirnya ribosom mengenali salah satu dari tiga stop kodon yakni UAA, UAG, dan UGA sehingga sintesis protein akan mengalami terminasi dan rantai polipeptida yang sudah terbentuk tadi akan lepas dari ribosom.
Pada percobaan kali ini mahasiswa akan mempelajari dogma utama dalam biologi molekuler, yaitu transkripsi DNA menjadi mRNA dan translasi mRNA menjadi protein yang dengan istilah ekspresi gen. Mahasiswa harus sudah mendapatkan sekuen nukleotida dan protein pada Homo sapiens yang ditugaskan. Percobaan ini akan dimulai dengan melihat gambaran genom dan sekuen nukleotid terkait untuk memahami prinsip dari ekspresi gen. Selanjutnya, proses transkripsi dan translasi akan dilakukan tahap demi tahap dengan menggunakan Open Reading Frame finder (ORF finder).


Gambaran umum dalam ekspresi gen
























Proses terjadinya ekspresi gen dengan menggunakan Open Reading Frame finder (ORF finder)
1. Buka halaman awal pada http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ dan temukan tampilan ORF finder (di bawah Map Viewer).
2. Masukkan bagian gen yang merupakan CDS ke dalam ORF finder.
3. Tampilan ORF akan muncul dengan menunjukkan 6 cara pembacaan CDS (six frames). Temukan cara pembacaan (frame) mana yang sesuai untuk menghasilkan protein yang diinginkan (yang sesuai target). Untuk itu, klik frame-nya untuk melihat urutan asam amino yang dihasilkan, kemudian lihat cara pembacaan CDS (pada kotak sebelah kanan). Frame yang tepat dapat juga diketahui dengan mencocokkan arah pembacaan dan urutan asam amino yang muncul pada tampilan sequence viewer.

Tugas
1. Cari penyakit-penyakit yang terkait dengan gen (kelainan genetik) atau protein target. Berikan penjelasan bagaimana kaitan antara gen/ protein dengan penyakit yang disebutkan.
2. Berikan juga penjelasan mengenai penyebab munculnya penyakit tersebut dan terapi yang sering digunakan.