Epigenetika adalah studi tentang perubahan yang diturunkan dalam ekspresi gen atau perubahan yang diwariskan dalam fenotipe organisme tertentu yang tidak terjadi karena perubahan urutan nukleotida suatu gen. Regulasi epigenetik ekspresi gen memainkan peran penting dalam fungsi sel karena terlibat dalam ekspresi gen spesifik jaringan, inaktivasi kromosom X , dan pencetakan genom (ekspresi gen dengan cara spesifik parent-of-origin). Selanjutnya, gangguan pada ekspresi gen yang diatur secara epigenetik menyebabkan penyakit termasuk kanker. Mekanisme yang terlibat dalam regulasi gen epigenetik adalah metilasi DNA, RNA yang tidak diterjemahkan , struktur kromatin , dan modifikasi. Artikel ini menjelaskan efek metilasi DNA pada ekspresi gen.
Topik bahasan kami tentang:
- Apa itu Metilasi DNA – Pengertian, Distribusi dalam Genom, Kepentingannya 2. Apa Pengaruh Metilasi DNA terhadap Ekspresi Gen – Fungsi Metilasi 3. Apa Peran Metilasi DNA dalam Fungsi Sel – Ekspresi Gen Spesifik Jaringan, Inaktivasi kromosom X, Pencetakan Genom
Istilah Kunci: Kepulauan CpG, Metilasi DNA, Epigenetik, Pencetakan Genomik, Ekspresi Gen Spesifik Jaringan, Inaktivasi X
Yang perlu anda ketahui tentang Metilasi DNA?
Metilasi DNA adalah istilah untuk penambahan gugus metil (-CH 3 ) ke basa nitrogen sitosin (C) secara kovalen di situs 5′-CpG-3′. Situs CpG adalah wilayah DNA di mana nukleotida sitosin diikuti oleh nukleotida guanin di sepanjang arah 5′ hingga 3′ dari untai DNA linier. Sitosin terkait dengan nukleotida guanin melalui gugus fosfat (p). Metilasi DNA diatur oleh DNA methyltransferase. Sitosin yang tidak termetilasi dan termetilasi ditunjukkan pada Gambar 1 .
Gambar 1: Sitosin Tidak Termetilasi dan Termetilasi
Situs CpG yang tidak termetilasi dapat didistribusikan secara acak atau diatur dalam kelompok. Gugus situs CpG disebut ‘pulau CpG’. Pulau-pulau CpG ini terjadi di wilayah promotor banyak gen. Gen rumah tangga, yang diekspresikan di sebagian besar sel, mengandung pulau CpG yang tidak termetilasi. Dalam banyak kasus, pulau-pulau CpG termetilasi menyebabkan represi gen. Maka dari itu, metilasi DNA mengontrol ekspresi gen di jaringan yang berbeda serta pada waktu tertentu dalam kehidupan seperti pada perkembangan embrio. Sepanjang evolusi, metilasi DNA penting sebagai mekanisme pertahanan dalam sel inang dalam membungkam unsur transposabel yang direplikasi, sekuens berulang, dan DNA asing seperti DNA virus.
Apa Pengaruh Metilasi DNA pada Ekspresi Gen
Penandaan epigenetik situs CpG genom adalah unik untuk spesies. Hal ini stabil sepanjang hidup serta diwariskan. Banyak situs CpG yang termetilasi dalam genom manusia. Fungsi utama metilasi DNA adalah mengatur ekspresi gen tergantung pada kebutuhan sel tertentu. Lanskap metilasi DNA yang khas pada mamalia ditunjukkan pada Gambar 2 .
Gambar 2: Lanskap Metilasi DNA pada Mamalia
Ekspresi gen diprakarsai oleh pengikatan faktor transkripsi ke urutan regulasi gen seperti enhancer. Perubahan yang dibawa ke struktur kromatin oleh metilasi DNA membatasi akses faktor transkripsi ke urutan pengaturan. Selain itu, situs CpG termetilasi menarik protein domain pengikat metil-CpG, merekrut kompleks penekan yang bertanggung jawab atas modifikasi histone. Histon adalah komponen protein kromatin yang mengubah pembungkus DNA. Ini membentuk struktur kromatin yang lebih kental yang dikenal sebagai heterokromatin , menghambat ekspresi gen. Sebaliknya, eukromatin adalah jenis struktur kromatin yang longgar yang memungkinkan ekspresi gen.
Apa Peran Metilasi DNA dalam Fungsi Sel?
Umumnya, pola metilasi DNA dalam sel tertentu sangat stabil dan spesifik. Ini terlibat dalam ekspresi gen spesifik jaringan, inaktivasi kromosom X, dan pencetakan genom.
Ekspresi Gen Spesifik Jaringan
Sel-sel jaringan dibedakan untuk melakukan fungsi tertentu dalam tubuh. Maka dari itu, protein yang berfungsi sebagai unsur struktural, fungsional, dan pengatur sel harus diekspresikan dengan cara yang berbeda. Ekspresi diferensial protein ini dicapai dengan pola diferensial metilasi DNA gen di setiap jenis jaringan. Karena gen dalam genom di setiap jenis sel dalam organisme tertentu adalah sama, gen yang tidak perlu diekspresikan dalam jaringan mengandung pulau CpG termetilasi dalam urutan pengaturannya. Namun, pola metilasi DNA selama perkembangan embrio berbeda dari pada tahap dewasa. Pada sel kanker, pola reguler metilasi DNA berbeda dari sel normal pada jaringan tersebut. Pola metilasi DNA pada sel normal dan sel kanker ditunjukkan pada Gambar 3 .
Gambar 3: Pola Metilasi DNA pada Sel Normal dan Sel Kanker
Inaktivasi Kromosom X
Wanita memiliki dua kromosom X sedangkan pria memiliki kromosom X dan kromosom Y dalam genom mereka. Salah satu kromosom X dari wanita harus dinonaktifkan selama perkembangan. Ini dicapai dengan metilasi de novo. Inaktivasi kromosom X mempertahankannya dalam tahap diam dengan membentuk heterokromatin. Inaktivasi X mencegah ekspresi produk gen yang terkait dengan kromosom X dua kali lipat pada pria. Pada mamalia berplasenta, pilihan untuk menonaktifkan kromosom X adalah acak. Namun, ketika dinonaktifkan, ia tetap diam sepanjang hidup. Namun, pada marsupial, kromosom X yang diturunkan dari pihak ayah dinonaktifkan secara eksklusif.
Pencetakan Genom
Pencetakan genom adalah istilah untuk ekspresi selektif gen tergantung pada asal kromosom induk. Sebagai contoh, salinan ayah dari gen faktor pertumbuhan seperti insulin 2 ( IGF2 ) aktif sedangkan salinan ibu tidak aktif. Namun, kebalikannya berlaku untuk gen H19 , yang terletak dekat pada gen IGF2 di kromosom yang sama. Sekitar 80 gen genom manusia dicetak. Metilasi DNA bertanggung jawab atas inaktivasi satu salinan induk dari gen tertentu.
Kata terakhir
Regulasi ekspresi gen melalui perubahan epigenetik pada gen adalah karakteristik yang stabil dan dapat diturunkan dari banyak genom. Salah satu mekanisme kunci regulasi gen epigenetik adalah metilasi DNA. Metilasi DNA adalah penambahan permanen gugus metil ke residu sitosin di situs CpG. Pulau CpG termetilasi di dekat urutan regulasi gen menekan transkripsi gen tertentu. Maka dari itu, gen-gen ini tetap diam. Keheningan gen melalui metilasi DNA penting dalam ekspresi gen spesifik jaringan, inaktivasi X, dan pencetakan genom.
Sumber bacaan:
- Lim, Derek HK, dan Eamonn R Maher. “Metilasi DNA: suatu bentuk kontrol epigenetik ekspresi gen.” Obstetrician & Gynaecologist, Blackwell Publishing Ltd, 24 Jan. 2011, Tersedia di sini . 2. Razin, A, dan H Cedar. “Metilasi DNA dan ekspresi gen.” Ulasan mikrobiologi., Perpustakaan Kedokteran Nasional AS, September 1991, Tersedia di sini .
Sumber gambar:
- “Metilasi DNA” Oleh Mariuswalter – Karya sendiri (CC BY-SA 4.0) melalui Commons Wikimedia 2. “Lanskap DNA” Oleh Mariuswalter – Karya sendiri (CC BY-SA 4.0) melalui Commons Wikimedia 3. “Metilasi DNA dalam keadaan normal sel vs. dalam sel kanker”Oleh Ssridhar17 – Pekerjaan sendiri (CC BY-SA 4.0) melalui Commons Wikimedia
