Q & A : Terkait Dengan Ekspresi Gen – Apakah Ada Bermacam-macam Mekanisme Regulasi Ekspresi Gen Pada Genom Tanaman?

Level Regulasi Ekspresi

Gambar 1. Regulasi ekspresi gen dapat terjadi pada setiap tahapan proses ekspresi gen. Pada level transkripsi, ekspresi dapat diregulasi dengan mengatur terjadi tidaknya transkripsi. Pada level paska-transkripsi, ekspresi dapat diregulasi dengan mengatur terbentuk tidaknya mRNA yang diinginkan. Pada level translasi, ekspresi dapat diregulasi dengan mengatur efisiensi translasi dari mRNA.

Karena kegiatan kuliah AGH634. Rekayasa Genetika Tanaman sedang berjalan, ada baiknya diulas (review) pertanyaan-pertanyaan dan diskusi yang berkembang di dalam kelas. Salah satunya adalah “Apakah ada berbagai macam mekanisme regulasi ekspresi gen dalam genom tanaman?

Mekanisme regulasi ekspresi hanya terjadi pada sekelompok gen yang ekspresinya dibawah kontrol mekanisme regulasi tertentu (regulated gene expression). Salah satu model regulasi ekspresi gen telah dibahas dalam posting sebelumnya (klik Link berikut untuk informasi lengkapnya).

Dalam konteks kuliah AGH634. Rekayasa Genetika Tanaman – terdapat paling tidak tiga mekanisme regulasi yang dapat digunakan untuk mengatur ekspresi dari gen target, yaitu: regulasi ekspresi pada (1) tingkat transkripsi (transcription level control),  (2) tingkat RNA Processing (post-transcription level control), dan (3) tingkat translasi (translation level control). Dari ketiga mekanisme regulasi tersebut, regulasi ekspresi pada tingkat transkripsi (transcription level control) merupakan mekanisme pengaturan ekspresi gen yang dominan dijumpai di dalam genom sel tanaman.

Dalam mekanisme regulasi ekspresi pada tingkat transkripsi (transcription level control), pengaturan ekspresi gen dikendalikan pada tahapan transkripsi. Dengan demikian, jika tanaman ada dalam kondisi non-permisif maka transkripsi tidak terjadi dan hnRNA tidak terbentuk. Sebaliknya, jika tanaman ada dalam kondisi permisif maka transkripsi akan terjadi dan hnRNA akan terbentuk. Selanjutnya, hnRNA akan diproses menjadi mRNA dan mRNA akan ditranslasi menjadi polipeptida.

Dalam mekanisme regulasi ekspresi pada tingkat RNA Processing (post-transcription level control), pengaturan ekspresi gen tidak dikendalikan pada tahapan transkripsi tetapi pada tahapan paska-transkripsi (RNA processing). Dengan demikian, gen yang ekspresinya diregulasi paska-transkripsi tetap ditranskripsi menghasilkan hnRNA. Selanjutnya hnRNA-nya bisa saja hanya akan diproses dengan benar jika tanaman ada dalam kondisi permisif untuk ekspresi gennya. Sebaliknya dalam kondisi non-permisif, hnRNA tidak diproses dengan benar sehingga menyebabkan hnRNA-nya terdegradasi dan tidak terakumulasi sebagai mature mRNA. Sebagai hasil akhirnya, dalam kondisi non-permisif tidak akan terbentuk polipeptida (yang artinya: gen tidak terekspresi).

Alternatif lain dari mekanisme regulasi ekspresi pada tingkat RNA Processing (post-transcription level control) adalah terjadinya fenomena alternative splicing. Dalam hal ini, jika kondisi permisif maka hnRNA akan dapat diproses dengan benar (intron splicingnya berjalan normal) dan mRNA normal akan terbentuk. Dari mRNA normal, selanjutnya akan dapat ditranslasi menjadi polipeptida yang sesuai. Sebaliknya, jika kondisinya non-permisif, maka splicing alternatif merupakan jalur yang dipilih sehingga menghasilkan mRNA dengan runutan nukleotida yang tidak sama dengan normal splicing. Sebagai akibatnya: (1) polipeptida yang diinginkan kemungkinan tidak bisa dihasilkan atau (2) meskipun dihasilkan polipeptida, bisa saja runutan asam aminonya berbeda dengan polipeptida yang normal (polipeptida alternatif) akibat aktivasi alternative splicing.

Alternatif lain lagi dari mekanisme regulasi ekspresi pada tingkat RNA Processing (post-transcription level control) adalah terjadinya fenomena trans-splicing. Dalam trans-splicing, exon yang harus disatukan melalui proses intron splicing dan exon joining berada pada dua atau lebih molekul hnRNA yang berbeda. Ekson yang berada dalam dua atau lebih hnRNA harus mengalami proses splicing secara trans sebelum eksonnya harus disatukan secara trans juga. Dalam kasus trans-splicing, seringkali juga terjadi proses alternative splicing sehingga dari satu set hnRNA dapat dihasilkan sejumlah molekul mRNA yang selanjutnya menghasilkan polipeptida alternatif yang berbeda runutan asam aminonya. Semua itu terjadi sebagai akibat terjadinya proses trans-splicing dan atau alternative splicing menggunakan dua atau lebih hnRNA.

Dalam mekanisme regulasi ekspresi pada tingkat translasi (translation level control), efisiensi ekspresi gen tidak ditentukan pada tahapan transkripsi atau tahapan RNA processing, tetapi pada tahapan translasi. Sebagai contoh, jika ingin mendapatkan polipeptida sebagai produk hasil translasi dalam jumlah lebih banyak (efisiensi translasi yang tinggi) maka dapat digunakan translational enhancer pada mRNAnya. Sebaliknya, jika ingin mendapatkan polipeptida dalam jumlah sangat sedikit (efisiensi translasi yang rendah) maka dapat digunakan alternative start codon pada mRNAnya.

Demikianlah sedikit penjelasan tentang berbagai macam mekanisme regulasi ekspresi gen dalam genom tanaman dalam hubungannya dengan kuliah rekayasa genetika tanaman. Semoga sedikit penjelasan yang diuraikan diatas dapat membantu menambah pemahaman bagi kolega yang membacanya. Semoga juga dapat menjadi sepotong kecil ‘gading atau belang‘ yang dapat ditinggalkan bagi rekan sejawat sekalian. Feedback dan masukan dari teman-teman sangat diharapkan untuk meningkatkan pemahaman bersama, silakan berikan feedback dan masukan di kolom komentar.

Related articles

About PMB Lab: Prof. Sudarsono

This blog is dedicated as a communication media among alumni associated with PMB Lab, Dept. of Agronomy and Horticulture, Fac. of Agriculture, IPB, Bogor – Indonesia. It contains various information related to alumni activities, PMB Lab’s on going activities and other related matters.
This entry was posted in Kuliah (Courses), Q & A, Serbaneka Info and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s