MALANG - didalam tubuh manusia terdapat beberapa jenis sel yaitu sel diploid d yang memiliki inti, kemudian sel B dan T yang memiliki genom yang sama dengan sel telur yang telah dibuahi. Ketika proses perkembangan berlangsung, sel tunggal akan berdiferensiasi menjadi organisme multiseluler kompleks yang terdiri dari sel dan jaringan yang berbeda. Meski setiap sel berisi data genomik, harus ada pilihan informasi yang relevan dari cetak biru genetik ini untuk menjalankan fungsi spesifiknya sendiri. Jadi, Protein harus diproduksi di tempat dan waktu yang tepat. Untuk itu dibutuhkan regulasi ekspresi gen yang dikombinasikan dengan banyak interaksi biomolekuler untuk mengatur interaksi ini. Diperlukan pula  tindakan sinergis antara protein, RNA, dan DNA, dan biologi molekuler sebagai pusat pemahaman tentang proses kontrol ini. Jadi apa saja regulasi-regulasi tersebut? Mari kita bahas!

Regulasi di tingkat kromatin

Pola pada ekspresi gen menentukan perilaku dan identitas sel, contohnya apakah sel tersebut merupakan sel darah putih, sel sperma, atau sel hati. Ekspresi gen diatur pada beberapa tahap, salah satunya yaitu pada tingkat transkripsi. Regulasi transkripsi terjadi terutama pada fase pra-inisiasi. Ini dicapai pada tingkat kromatin dengan mengontrol akses ke daerah pengkodean DNA untuk mesin transkripsi. Kromatin terdiri dari DNA dan protein histon. Fungsinya tidak hanya untuk menstabilkan DNA tetapi juga berperan dalam mengontrol transkripsi. Proses Kondensasi kromatin oleh histon  dapat menginduksi gen dalam proses transkripsi. Dalam prosesnya struktur kromatin di sekitarnya harus diekspos untuk memungkinkan akses ke transcription factors (TF) dan molekul tambahan. Faktor transkripsi merupakan tahapan protein yang mengikat urutan DNA spesifik untuk menghambat transkripsi gen tetangga. Mekanisme penting dari pembungkaman gen selama perkembangan embrio adalah remodeling kromosom oleh kompleks protein khusus, agar modifikasi histon yang mengarah ke pembungkaman kromatin jangka panjang dalam sel yang berdiferensiasi.

Remodeling kromosom digunakan untuk mengatur ekspresi gen  dengan menambahkan atau menghilangkan gugus kimia seperti metil dan asetil ke protein histon sebagai mekanisme dinamis untuk menjaga gen tetap aktif atau tidak aktif, yang kita kenal dengan sebutan kode histone. Modifikasi histon seperti asetilasi oleh enzim spesifik melebarkan kondensasi kromatin yang memungkinkan TF mengakses situs inisiasi transkripsi dan selanjutnya menginduksi transkripsi gen. 

 Regulasi pada tingkat transkripsi

RNA polimerase dan TF memiliki kemudahan karena bisa mengakses gen yang merupakan salah satu elemen dalam regulasi ekspresi gen. TF dapat bertindak sebagai aktivator atau represor sesuai dengan sifat dari co-faktor yang mereka rekrut ke DNA. Banyak mekanisme berbeda yang ada untuk mengontrol aktivitas TF, salah satunya ialah lokalisasi intraseluler. TF harus bekerja di dalam nukleus agar dapat dipertahankan dalam bentuk tidak aktif, namun mempertahankannya di dalam sitoplasma. Aktivasi dicapai begitu cepat dengan pelepasan dari kompleks penghambatan sitoplasma yang memungkinkan untuk memasuki nukleus dan mentranskripsikan repertoar gen spesifik. Sebagai contoh, faktor nuklir kappa-light-chain-enhancer sel B teraktivasi (NFkB) yang ditahan dalam kompleks tidak aktif di sitoplasma, ini dibutuhkan dibutuhkan sebagai respons stres yang ditimbulkan oleh infeksi. Aktivasi NFkB melibatkan penghancuran proteolitik dari inhibitornya, dibebaskan untuk masuk ke dalam nukleus yang mana dapat mengaktifkan transkripsi gen yang relevan. Ini disebut sebagai gen pro-inflamasi dalam kasus NFkB. TF mengatur bagaimana gen ditranskripsi dan RNA polimerase direkrut. TF bergabung dengan protein fungsional dan pengatur lainnya agar bisa mengekspresikan kumpulan protein spesifik yang dibutuhkan oleh sel.

Regulasi oleh sekuens tambahan

Sekuens penambah adalah daerah non-coding DNA. Diantara 200-1000 pasangan  basa terjadi di wilayah promotor. Molekul penambah atau represor bisa mengikat urutan penambah dan mempengaruhi kemampuan TF untuk mengaktifkan promotor. Promotor itu sendiri kemungkinan memiliki sekiranya empat atau lima urutan enhancer yang terletak di dekat promotor. Ketika RNA polimerase terikat pada promotor, ia memerlukan serangkaian faktor lain untuk keluar dari kompleks promotor dan menyalin RNA.

Regulasi oleh epigenetik

Sekitar 20.000 gen penyandi protein membentuk genom manusia. Beberapa gen dibutuhkan untuk 'pemeliharaan' oleh hampir setiap sel. Banyak gen dimatikan selama proses diferensiasi, mekanisme yg digunakan  untuk ini adalah epigenetik.  Gen 'ditandai' untuk diekspresikan atau tidak sebagai bagian dari proses seleksi. Epigenetik memprogram sel hingga dapat memilih informasi dalam genom yang dibutuhkan untuk spesialisasi fungsionalnya. Urutan dasar kode genetik tetap utuh dan diteruskan ke sel anak selama pembelahan sel bersama dengan perubahan epigenetik khusus. Definisi konsensus dari sifat epigenetik diberikan pada pertemuan 2008 di Cold Spring Harbor, AS, adalah fenotipe yang diwariskan secara stabil yang dihasilkan dari perubahan dalam kromosom tanpa perubahan dalam urutan DNA. Variasi epigenetik yang terdiri atas metilasi DNA dan modifikasi histon.

Sampai sini penjelasan mengenai Regulasi ekspresi gen melalui interaksi biomolekuler. Semoga penjelasan tersebut dapat menbantu kalian semua ya! Jika ingin tahu lebih banyak jangang lupa untuk mengikut kelas yang disediakan oleh InBio Indonesia melalui Online Course yang ditawarkan💞

Sumber: Bioinformatics: Tools and Applications-David Edwards, Jason Stajich, David Hansen (book)