REGULASI EUKARYOT

CONTOH KLASIK DARI PERKEMBANGAN EKSPRESI GEN YANG TEREGULASI

Transkripsi pada kromosom Lampbrush pada oosit amfibi

Pada semua organism tingkat tinggi, fertilisasi sel telur oleh sperma, memicu peningkatan sintesis protein yang diikuti oleh pembelahan nucleus dan pembelahan sel pada tahapan awal embriogenesis. Pada kebanyakan organisme eukariot, sintesis protein tidak diikuti dengan sintesis RNA. Sebagai gantinya, semua komponen yang dibutuhkan dalam sintesis protein telah disediakan oleh sel telur dan disimpan dalam kondisi dorman. Komponen ini telah disintesis bersamaan dengan peristiwa oogenesis pada tahap profase I. Pada tahapan ini, kromosom terlihat sebagai bentukan yang disebut struktur lampbrush.

Kebanyakan DNA, pada kromosom lampbrush sangat terkondensasi. Segmen DNA tertentu pada setiap kromosom lampbrush berada pada perluasan lateral loop. Setiap loop tersusun atas DNA yang dikelilingi oleh matrik berupa RNA dan protein yang telah disintesis. Transkrip gen yang telah disintesis selama oogenesis harus disimpan dalam kondisi tidak aktif namun dalam bentuk yang stabil hingga terjadi fertilisasi. Transkrip gen ataupun produk gen harus diletakkan pada tempat tertentu pada sitoplasma sel telur selama oogenesis. Pada katak (mungkin juga pada vertebrata lain) materi genetik yang dibuat saat oogenesis ini mengendalikan pertumbuhan hingga tahap blastula. Untuk tahap gastrula dan seterusnya, dibutuhkan ekspresi gen lain lagi.

Amplifikasi gen rRNA pada oosit amfibi

Hingga tahap gastrulasi, tidak ada rRNA yang disintesis oleh embrio amfibia. Sehingga, jumlah rRNA yang disintesis selama oogenesis, haruslah banyak. Faktanya, telur amfibi memiliki 10¹² ribosom. Jumlah tersebut dihasilkan oleh mekanisme yang disebut amplifikasi gen tertentu. Pada oosit amfibi, gen rRNA-nya memiliki ratusan lipatan agar dapat disimpan dalam sel telur dewasa.

Pada spesies Xenophus laevis precursor rRNA disintesis dan diproses di nukleolus. Satu nukleus Xenophus laevis memiliki ratusan nukleolus, yang masing-masing mengandung molekul DNA sirkuler. Yang bereplikasi secara rolling circle replication.

Populasi gen transkripsi adalah  divergen pada perbedaan tipe sel

            Pada eukaryote hanya sebagian kecil genom yang di representasikan antara  molekul RNA pada banyak jenis sel. Hal ini di demontrasikan oleh RNA-DNA saturation hybrodation experiment “eksperimen hibridasi kejenuha RNA-DNA ” 

·         RNA di ekstrak dari sel-sel tertentu dan dibolehkan untuk dihibridasi dengan DNA inti total (denaturated)

·         RNA di tambahkan pada reaksi hibridasi yag berlebih (relative pada kosentrasi DNA) sehingga semua squens komplementari DNA pada sequence direpresentasikan antara  populasi RNA yang membentuk RNA-DNA hybrid.

·         Penyediaan bagian genom yang ditunjukkan oleh squens populasi mRNA pada jenis sel tertentu.

·         Hasilnya : kurang dari 10 % dari DNA pada genom di representasikan antara  molekul mRNA pada sitoplasme dari satu jenis sel. Contoh

      Pada mencit, 2 sampai 5 % sequence DNA direpresentasikan oleh   adanya  mRNA pada sel hati.

       Pada sel-sel otak banyka terdapat  macam RNA transkrip

      Pada kodok xenopus, 8 % sequence DNA  direprentasikan oleh mRNA sel otak. mRNA dari oost xenopus pada sisi lain terdiri dari sequence homolog kurang dari 1 % sequence DNA. Hal ini benar oleh karena itu mayoritas sequence DNA pada genom eukariot yang lebih tinggi tidak direpresentasikan antara mRNA pada satu jaringan atau satu jenis sel.

Perbedaan set gen yang dijelaskna dan perbedaan trnaskrip primer diproses dalam mRNA pada perbedaan jenis diferensiasi sel. Biasanya bebrapa gen yang sama dan beberapa gen yang berbeda dijelaskan pada perbedaan jaringan. Ha ini didemonstrasika pada eksperimen RNA-DNA hibridasi kompetitif “RNA-DNA competitive hybridation experiment ” satu ukuran jumlah radioaktiv yang diberi label

1.      RNA dari satu jenis sel yang hybrid pada DNA genom total

2.      Pada tmpat yang tidak ada radioaktiv RNA dari jenis sel yang kedua.

Jika kedua jenis terdiri dari populasi RNA yang berbeda, jumlah yang sama dari populasi RNA yang diberi label akan bersilangan dengan DNA dengan ada tidaknya RNA pelngkap. Jika keduanya overlap, jumlah dari RNA hidrib akan dukurangi pada bagian tingkat overlap (pengurangan pada bagian equal ke bagian dari sequence RNA yang diberikan).

            Eksperimen ini mengindikasikan bahwa sequence RNA ada ada populasi RNA yang diambil dari jaringan yang berbeda atau jeni sel yang berbeda (10-100%). E.davidson dan koleganya mendeteksi tdak adanya mRNA pda oosit dan blastula dari xenopus leavis. Pada hati mencit, dan sel-sel ginjal terdiri dari kelompok mRNA diperkirakan berbeda pada komposis sequence antara 15-70 %. Mereka mengindikasikan bahwa perbedaan set-set gen dijelaskan dan perbedaan transkrip diproses dalam mRNA pada jenis sel yang berbeda.

            90 % sequence DNA tidak direpresentasikan antara populasi mRNA, ada hipotesis bahwa gen eukariot dikemas dalam kromatin pada representasi nonspesifik, dan bahwa regulasi transkripsi dan atau proses traskrip  terjadi oleh mekanisme positif activator gen tertentu. Aktiavtor ini dipicu untuk mengatur transkrip gen tertentu. Pada beberapa kasus, aktivasi diketahui melibatkan sequence cis-acting regulator yang disebut enhancers. Bukti-bukti mengindikasikan bahwa protein kromosomal nonhiston berfungsi sebagai activator transkripsi. Pada kasus lain menyangka bahwa proses regulasi pada RNA transkripsi penting untuk pengontrolan pada diferensiasi mengendalikan pada eukariot.

            Histon bertanggung jawab pada kekurangan pada represi nonspesifik dari gen eukariot, protein histon tersebut tidak termasuk dalan histon H1, diketahui menjadi komplek dengan DNA pada nukelosom. Histon-komplexed DNA ditrnaskrip kurang efisien pada sisten trnaskrip in vitro daripDNA sama stelah removal dari histon. Histon yang sama ada pada kromatin jenis yang berbeda dari diferensiasi sel-sel, jadi scientist tpercaya bahwa histon tidak berfungsi sebagai repressor atu activator transkripsi. Belum lam ini scientist percaya bahwa modifokasi histon seperti phophorilation dan acylation dari kunci asam amino dimasukkan dalam regulasi transkripsi.