Kontrol ekspresi gen pada eukaryot

1. Kontrol ekspresi gen pada eukaryot

2. Tidak semua gen dapat diekspresikan dalam waktu bersamaan • Sebagian dari produk gen diperlukan oleh semua sel setiap saat. Gen esensial semacam ini diekspresikan oleh semua sel. • Gen yang lain, hanya diperlukan oleh sel tertentu atau pada waktu khusus tertentu, ekspresi dari gen “inducible” ini secara ketat dikontrol didalam setiap sel. • Sebagai contoh: Sel-sel b pankreas, membuat insulin melalui ekspresi gen insulin. Seandainya neuron mengekspresikan insulin,maka dipastikan muncul masalah.

3. 5’ 3’ 3’ 5’ RNA Pol. Ribosome mRNA Ribosome 5’ Transkripsi dan Translasi pada Prokaryotes

4. 1 2 1 2 3 3 4 4 The mRNA Sequence Can Fold In Two Ways Terminator haripin

5. Pengaturan ekspresi pada Eukaryot • Sebagian dari cara umum pengaturan gen pada prokaryot juga digunakan pada eukaryote, namun tidak ada sistem ‘operon’ pada eukaryot. • Gen eukaryote di kontrol secara individual dan masing-masing gen memiliki sekuen pengontrol khusus yang berada mendahului sisi ‘start’ dimulainya transkripsi. • Disamping itu, juga terdapat beberapa cara tambahan untuk mengontrol ekspresi gen eukaryote

6. Eukaryot memiliki genome yang besar dan kompleks • The human genome (genome manusia) adalah sekitar 3 x 109 base pairs, atau ≈ 1 m DNA • Karena diploid, masing-masing nucleus mengandung 6 x 109 base pairs atau ≈ 2 m DNA • Beberapa gen yg sekelompok berada saling berdekatan dalam kromosom yg sama. • Gen-gen dengan fungsi2 yang saling terkait terdistribusi secara random di keseluruhan genom.

7. Pada eukaryot lebih kompleks dibandikan pada prokaryote • Perbedaan utama: adanya membran inti pada eukaryote yang mencegah terjadinya transkripsi dan translasi secara simultan seperti yang terjadi pada prokaryote. • Pada prokaryote, kontrol inisiasi transkripsi merupakan titik kontrol utama, sedangkan pada eukaryote, pengaturan ekspresi gen dikontrol hampir secara ekuivalen pada beberapa titik kontrol.

8. Overview mekanisme pengaturan. Produk gen A adalah enzim A yang disintesis scr ‘constitutive’ dan mengendalikan suatu reaksi. Enzim B jg disintesis secara constitutive, tetapi aktivitasnya dapat diinhibisi. Sintesis produk gen C dapat dicegah melalui kontrol pada level translasi. Sintesis produk gen C dapat dicegah melalui kontrol pada level trankripsi.

10. Why is Gene Regulation Necessary? • The cardinal rule of existence for any organism is economy. • By switching genes off when they are not needed, cells can prevent resources from being wasted. There should be natural selection favouring the ability to switch genes on and off. • A typical human cell normally expresses about 3% to 5% of its genes at any given time. • Cancer results from genes that do not turn off properly. Cancer cells have lost their ability to regulate mitosis, resulting in uncontrolled cell division.

12. DNA dalam pak dengan densitas tinggi tidak dapat diekspresikan • Karena ukurannya, maka DNA eukaryote harus di pak. • Heterochromatin, merupakan bentuk pak DNA dengan densitas paling tinggi, tidak dapat ditranskripsikan, dengan demikian maka tidak ada ekspresi gen.

13. Hanya satu subset dari gen-gen yang diekspresikan setiap saat. • Memerlukan energi yang tinggi untuk mengekspresikan gen. • Dengan demikian maka merupakan suatu pemborosan apabila ekspresi semua gen dilakukan setiap saat. • Melalui cara ekspresi gen secara diferensial ini, sel dapat merespond terhadap perubahan-perubahan lingkungan. • Ekspresi diferensial, memungkinkan sel-sel untuk terspesialisasi pada organisme-organisme multiseluler. • Ekspresi diferensial juga memungkinkan organisme untuk dapat berkembang

14. Cytoplasm Nuclear pores Degradation AAAAAA AAAAAA DNA Transcription Modification RNA RNA Processing G G Degradation etc. Ribosome mRNA G AAAAAA Export Translation Nucleus Kontrol ekspresi gen Packaging Transportation

15. Increasing cost Logical Expression Control Points • DNA packaging • Transcription • RNA processing • mRNA Export • mRNA masking/unmasking and/or modification • mRNA degradation • Translation • Protein modification • Protein transport • Protein degradation The logical place to control expression is before the gene is transcribed

16. Tiga macam RNA Polymerase pada eukaryote • RNA Polymerase I - menyusun rRNA pada nucleolus • RNA Polymerase II – menyusun mRNA pada nucleoplasm • RNA Polymerase III – menyusun tRNA pada nucleoplasm

17. Transcription Start Site 3’ Untranslated Region 5’ Untranslated Region Introns 5’ 3’ Int. 1 Int. 2 Exon 1 Exon 2 Exon 3 Promoter/ Control Region Terminator Sequence Exons RNA Transcript Gen Eukaryote sederhana

18. DNA 5’ 3’ Enhancer Promoter Transcribed Region 3’ 5’ TF 3’ 5’ TF TF RNA Pol. RNA Pol. RNA 5’ Enhancers Many bases TF TF TF

19. Eukaryotic RNA Polymerase II • RNA polymerase is a very fancy enzyme that does many tasks in conjunction with other proteins • RNA polymerase II is a protein complex of over 500 kD with more than 10 subunits:

20. Eukaryotic RNA Polymerase II Promoters • Several sequence elements spread over about 200 bp upstream from the transcription start site make up RNA Pol II promoters • Enhancers, in addition to promoters, influence the expression of genes • Eukaryotic expression control involves many more factors than control in prokaryotes • This allows much finer control of gene expression

21. Promoter T. F. RNA Pol. II T. F. RNA Pol. II mRNA 5’ Initiation T. F.

22. Exon 1 Promoter 5’ Sequence elements TATA ~200 bp Transcription start site “TATA Box” Initiator SSTATAAAASSSSSNNNNNNNNNNNNNNNNNYYCAYYYYYNN -1+1 S = C or G Y = C or T N = A, T, G or C Eukaryotic Promoters (Template strand) ~-25

23. TFIID TBP Associated Factors (TAFs) Transcription start site InitiationTFIID Binding “TATA Box” -1+1 TATA Binding Protein (TBP)

24. 80o Bend Transcription start site InitiationTFIID Binding TFIID -1+1

25. TFIIB Transcription start site InitiationTFIIA and B Binding TFIID -1+1 TFIIA

26. TFIIB Transcription start site InitiationTFIIF and RNA Polymerase Binding TFIID -1+1 TFIIA RNA Polymerase TFIIF

27. TFIIB Transcription start site InitiationTFIIE Binding TFIIE TFIID RNA Polymerase TFIIF -1+1 TFIIA TFIIE has some helicase activity and may by involved in unwinding DNA so that transcription can start

28. TFIIH TFIIB P P P Transcription start site InitiationTFIIH and TFIIJ Binding TFIIJ TFIIE TFIID RNA Polymerase TFIIF -1+1 TFIIA TFIIH has some helicase activity and may by involved in unwinding DNA so that transcription can start

29. TFIIH TFIIB P P P Transcription start site InitiationTFIIH and TFIIJ Binding TFIIJ TFIIE TFIID TFIIF RNA Polymerase -1+1 TFIIA

30. P P P Transcription start site InitiationTFIIH and TFIIJ Binding RNA Polymerase -1+1