Informasi

13.2: Regulasi Gen Epigenetik Eukariotik - Biologi

13.2: Regulasi Gen Epigenetik Eukariotik - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Genom manusia mengkodekan lebih dari 20.000 gen; masing-masing dari 23 pasang kromosom manusia mengkodekan ribuan gen. Itu juga diatur sehingga segmen tertentu dapat diakses sesuai kebutuhan oleh jenis sel tertentu.

Tingkat pertama organisasi, atau pengemasan, adalah penggulungan untaian DNA di sekitar protein histon. Histon mengemas dan mengurutkan DNA ke dalam unit struktural yang disebut kompleks nukleosom, yang dapat mengontrol akses protein ke daerah DNA (Gambar 1a). Di bawah mikroskop elektron, gulungan DNA di sekitar protein histon untuk membentuk nukleosom terlihat seperti manik-manik kecil pada tali (Gambar 1b). Manik-manik ini (protein histon) dapat bergerak sepanjang string (DNA) dan mengubah struktur molekul.

Jika DNA yang mengkode gen tertentu akan ditranskripsi menjadi RNA, nukleosom yang mengelilingi wilayah DNA tersebut dapat meluncur ke bawah DNA untuk membuka wilayah kromosom tertentu dan memungkinkan mesin transkripsi (RNA polimerase) untuk memulai transkripsi (Gambar 2). Nukleosom dapat bergerak untuk membuka struktur kromosom untuk mengekspos segmen DNA, tetapi melakukannya dengan cara yang sangat terkontrol.

Latihan Soal

Pada wanita, salah satu dari dua kromosom X tidak aktif selama perkembangan embrio karena perubahan epigenetik pada kromatin. Menurut Anda apa dampak perubahan ini pada pengemasan nukleosom?

[baris area praktik=”2″][/area praktik]
[reveal-answer q="670204″]Tampilkan Jawaban[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”670204″]Nukleosom akan berkemas lebih rapat.[/hidden-answer]

Bagaimana protein histon bergerak tergantung pada sinyal yang ditemukan pada protein histon dan pada DNA. Sinyal-sinyal ini adalah tag yang ditambahkan ke protein histon dan DNA yang memberi tahu histon apakah wilayah kromosom harus terbuka atau tertutup (Gambar 3 menggambarkan modifikasi pada protein histon dan DNA). Tag ini tidak permanen, tetapi dapat ditambahkan atau dihapus sesuai kebutuhan. Mereka adalah modifikasi kimia (gugus fosfat, metil, atau asetil) yang melekat pada asam amino spesifik dalam protein atau nukleotida DNA. Tag tidak mengubah urutan basa DNA, tetapi mengubah seberapa erat ikatan DNA di sekitar protein histon. DNA adalah molekul bermuatan negatif; oleh karena itu, perubahan muatan histon akan mengubah seberapa rapat molekul DNA itu nantinya. Ketika tidak dimodifikasi, protein histon memiliki muatan positif yang besar; dengan menambahkan modifikasi kimia seperti gugus asetil, muatan menjadi kurang positif.

Molekul DNA itu sendiri juga dapat dimodifikasi. Ini terjadi dalam wilayah yang sangat spesifik yang disebut pulau CpG. Ini adalah peregangan dengan frekuensi tinggi pasangan DNA sitosin dan guanin dinukleotida (CG) yang ditemukan di daerah promotor gen. Ketika konfigurasi ini ada, anggota sitosin dari pasangan dapat dimetilasi (gugus metil ditambahkan). Modifikasi ini mengubah cara DNA berinteraksi dengan protein, termasuk protein histon yang mengontrol akses ke wilayah tersebut. Daerah DNA yang sangat termetilasi (hipermetilasi) dengan histon terdeasetilasi tergulung rapat dan tidak aktif secara transkripsi.

Jenis regulasi gen ini disebut regulasi epigenetik. Epigenetik berarti "di sekitar genetika." Perubahan yang terjadi pada protein histon dan DNA tidak mengubah urutan nukleotida dan tidak permanen. Sebaliknya, perubahan ini bersifat sementara (walaupun mereka sering bertahan melalui beberapa putaran pembelahan sel) dan mengubah struktur kromosom (terbuka atau tertutup) sesuai kebutuhan. Gen dapat dihidupkan atau dimatikan tergantung pada lokasi dan modifikasi pada protein histon dan DNA. Jika sebuah gen akan ditranskripsi, protein histon dan DNA dimodifikasi di sekitar wilayah kromosom yang mengkode gen itu. Ini membuka wilayah kromosom untuk memungkinkan akses RNA polimerase dan protein lain, yang disebut faktor transkripsi, untuk mengikat ke wilayah promotor, yang terletak tepat di hulu gen, dan memulai transkripsi. Jika sebuah gen tetap dimatikan, atau dibungkam, protein histon dan DNA memiliki modifikasi berbeda yang menandakan konfigurasi kromosom tertutup. Dalam konfigurasi tertutup ini, RNA polimerase dan faktor transkripsi tidak memiliki akses ke DNA dan transkripsi tidak dapat terjadi (Gambar 2).

Lihat video ini yang menjelaskan bagaimana regulasi epigenetik mengontrol ekspresi gen.

Tautan ke elemen interaktif dapat ditemukan di bagian bawah halaman ini.

Ringkasan: Regulasi Gen Epigenetik Eukariotik

Pada sel eukariotik, tahap pertama dari kontrol ekspresi gen terjadi pada tingkat epigenetik. Mekanisme epigenetik mengontrol akses ke wilayah kromosom untuk memungkinkan gen dihidupkan atau dimatikan. Mekanisme ini mengontrol bagaimana DNA dikemas ke dalam nukleus dengan mengatur seberapa erat DNA melilit protein histon. Penambahan atau penghilangan modifikasi kimia (atau flag) pada protein histon atau sinyal DNA ke sel untuk membuka atau menutup wilayah kromosom. Oleh karena itu, sel eukariotik dapat mengontrol apakah suatu gen diekspresikan dengan mengontrol aksesibilitas terhadap faktor transkripsi dan pengikatan RNA polimerase untuk memulai transkripsi.


13.2: Regulasi Gen Epigenetik Eukariotik - Biologi

Genom manusia mengkodekan lebih dari 20.000 gen masing-masing dari 23 pasang kromosom manusia mengkodekan ribuan gen. DNA di dalam nukleus justru dililit, dilipat, dan dipadatkan menjadi kromosom sehingga pas dengan nukleus. Itu juga diatur sehingga segmen tertentu dapat diakses sesuai kebutuhan oleh jenis sel tertentu.

Tingkat pertama organisasi, atau pengemasan, adalah penggulungan untaian DNA di sekitar protein histon. Histon mengemas dan mengurutkan DNA ke dalam unit struktural yang disebut kompleks nukleosom, yang dapat mengontrol akses protein ke daerah DNA (Gambar 1a). Di bawah mikroskop elektron, gulungan DNA di sekitar protein histon untuk membentuk nukleosom terlihat seperti manik-manik kecil pada tali (Gambar 1b). Manik-manik ini (protein histon) dapat bergerak sepanjang string (DNA) dan mengubah struktur molekul.

Gambar 1. DNA dilipat di sekitar protein histon untuk membuat (a) kompleks nukleosom. Nukleosom ini mengontrol akses protein ke DNA yang mendasarinya. Jika dilihat melalui mikroskop elektron (b), nukleosom terlihat seperti manik-manik pada tali. (kredit "mikrograf": modifikasi karya Chris Woodcock)

Jika DNA yang mengkode gen tertentu akan ditranskripsi menjadi RNA, nukleosom yang mengelilingi wilayah DNA tersebut dapat meluncur ke bawah DNA untuk membuka wilayah kromosom tertentu dan memungkinkan mesin transkripsi (RNA polimerase) untuk memulai transkripsi (Gambar 2). Nukleosom dapat bergerak untuk membuka struktur kromosom untuk mengekspos segmen DNA, tetapi melakukannya dengan cara yang sangat terkontrol.

Latihan Soal

Gambar 2. Nukleosom dapat meluncur di sepanjang DNA. Ketika nukleosom ditempatkan berdekatan (atas), faktor transkripsi tidak dapat mengikat dan ekspresi gen dimatikan. Ketika nukleosom ditempatkan berjauhan (bawah), DNA terpapar. Faktor transkripsi dapat mengikat, memungkinkan ekspresi gen terjadi. Modifikasi histon dan DNA mempengaruhi jarak nukleosom.

Pada wanita, salah satu dari dua kromosom X tidak aktif selama perkembangan embrio karena perubahan epigenetik pada kromatin. Menurut Anda apa dampak perubahan ini pada pengemasan nukleosom?

Jenis regulasi gen ini disebut regulasi epigenetik. Epigenetik berarti "di sekitar genetika." Perubahan yang terjadi pada protein histon dan DNA tidak mengubah urutan nukleotida dan tidak permanen. Sebaliknya, perubahan ini bersifat sementara (walaupun mereka sering bertahan melalui beberapa putaran pembelahan sel) dan mengubah struktur kromosom (terbuka atau tertutup) sesuai kebutuhan. Gen dapat dihidupkan atau dimatikan tergantung pada lokasi dan modifikasi pada protein histon dan DNA.

Lihat video ini yang menjelaskan bagaimana regulasi epigenetik mengontrol ekspresi gen.

Ringkasan: Regulasi Gen Epigenetik Eukariotik

Pada sel eukariotik, tahap pertama dari kontrol ekspresi gen terjadi pada tingkat epigenetik. Mekanisme epigenetik mengontrol akses ke wilayah kromosom untuk memungkinkan gen dihidupkan atau dimatikan. Mekanisme ini mengontrol bagaimana DNA dikemas ke dalam nukleus dengan mengatur seberapa erat DNA melilit protein histon. Penambahan atau penghilangan modifikasi kimia (atau flag) pada protein histon atau sinyal DNA ke sel untuk membuka atau menutup wilayah kromosom. Oleh karena itu, sel eukariotik dapat mengontrol apakah suatu gen diekspresikan dengan mengontrol aksesibilitas terhadap faktor transkripsi dan pengikatan RNA polimerase untuk memulai transkripsi.


Respons Gratis

Dalam sel kanker, perubahan modifikasi epigenetik mematikan gen yang biasanya diekspresikan. Secara hipotetis, bagaimana Anda bisa membalikkan proses ini untuk menghidupkan kembali gen-gen ini?

Anda dapat membuat obat yang membalikkan proses epigenetik (untuk menambahkan tanda asetilasi histon atau untuk menghilangkan metilasi DNA) dan membuat konfigurasi kromosom terbuka.

Sebuah studi ilmiah menunjukkan bahwa perilaku mengasuh tikus berdampak pada respons stres pada anak-anaknya. Tikus yang lahir dan tumbuh dengan ibu yang penuh perhatian menunjukkan aktivasi gen respons stres yang rendah di kemudian hari, sementara tikus dengan ibu yang lalai memiliki aktivasi gen respons stres yang tinggi dalam situasi yang sama. Sebuah studi tambahan yang menukar anak anjing saat lahir (yaitu, tikus yang lahir dari ibu yang lalai tumbuh dengan ibu yang penuh perhatian dan sebaliknya) menunjukkan efek positif yang sama dari pengasuhan yang penuh perhatian. Bagaimana genetika dan/atau epigenetik menjelaskan hasil penelitian ini?

Mengganti anak anjing saat lahir menunjukkan bahwa gen yang diwarisi dari ibu yang penuh perhatian atau lalai tidak menjelaskan respons stres tikus di kemudian hari. Sebaliknya, para peneliti menemukan bahwa pengasuhan yang penuh perhatian menyebabkan metilasi gen yang mengontrol ekspresi reseptor stres di otak. Dengan demikian, tikus yang menerima perawatan ibu yang penuh perhatian menunjukkan perubahan epigenetik yang membatasi ekspresi gen respons stres, dan efeknya tahan lama selama rentang hidup mereka.

Beberapa penyakit autoimun menunjukkan korelasi positif dengan penurunan drastis ekspresi histone deacetylase 9 (HDAC9, enzim yang menghilangkan gugus asetil dari histon). Mengapa penurunan ekspresi HDAC9 menyebabkan sel imun menghasilkan gen inflamasi pada waktu yang tidak tepat?

Asetilasi histon mengurangi muatan positif protein histon, melonggarkan DNA yang melilit histon. DNA yang lebih longgar ini kemudian dapat berinteraksi dengan faktor transkripsi untuk mengekspresikan gen yang ditemukan di wilayah itu. Biasanya, begitu gen tidak lagi diperlukan, enzim histon deasetilase menghilangkan gugus asetil dari histon sehingga DNA menjadi luka rapat dan tidak dapat diakses kembali. Namun, bila ada defek pada HDAC9, deasetilasi mungkin tidak terjadi. Dalam sel kekebalan, ini berarti bahwa gen inflamasi yang dibuat dapat diakses selama infeksi tidak diputar ulang secara ketat di sekitar histon.


CH450 dan CH451: Biokimia - Mendefinisikan Kehidupan di Tingkat Molekuler

13.1 Regulasi Gen Prokariotik

13.2 Regulasi Gen Eukariotik

13.3 Interaksi Protein-DNA

13.4 Epigenetik dan Warisan Transgenerasi

13.5 Referensi

Setiap sel berinti dalam organisme multiseluler mengandung salinan DNA yang sama. Demikian pula, semua sel dalam dua kultur bakteri murni yang diinokulasi dari koloni awal yang sama mengandung DNA yang sama, dengan pengecualian perubahan yang muncul dari mutasi spontan. Jika setiap sel dalam organisme multiseluler memiliki DNA yang sama, lalu bagaimana sel-sel di berbagai bagian tubuh organisme menunjukkan karakteristik yang berbeda? Demikian pula, bagaimana sel bakteri yang sama dalam dua kultur murni yang terpapar pada kondisi lingkungan yang berbeda dapat menunjukkan fenotipe yang berbeda? Dalam kedua kasus, setiap sel yang identik secara genetik tidak mengaktifkan, atau mengekspresikan, set gen yang sama. Hanya sebagian kecil protein dalam sel pada waktu tertentu yang diekspresikan.

DNA genom mengandung keduanya gen struktural, yang mengkodekan produk yang berfungsi sebagai struktur seluler atau enzim, dan gen pengatur, yang mengkode produk yang mengatur ekspresi gen. Ekspresi gen adalah proses yang sangat diatur. Sementara mengatur ekspresi gen dalam organisme multiseluler memungkinkan untuk diferensiasi seluler, pada organisme bersel tunggal seperti prokariota, ini terutama memastikan bahwa sumber daya sel tidak terbuang untuk membuat protein yang tidak dibutuhkan sel pada saat itu.

Menjelaskan mekanisme yang mengendalikan ekspresi gen penting untuk memahami kesehatan manusia. Malfungsi dalam proses ini pada manusia menyebabkan perkembangan kanker dan penyakit lainnya. Memahami interaksi antara ekspresi gen patogen dan inang manusia adalah penting untuk memahami penyakit menular tertentu. Regulasi gen melibatkan jaringan interaksi kompleks dalam sel tertentu di antara sinyal dari lingkungan sel, molekul sinyal di dalam sel, dan DNA sel. Interaksi ini mengarah pada ekspresi beberapa gen dan penekanan yang lain, tergantung pada keadaan.

Prokariota dan eukariota berbagi beberapa kesamaan dalam mekanisme mereka untuk mengatur ekspresi gen Namun, ekspresi gen pada eukariota lebih rumit karena pemisahan temporal dan spasial antara proses transkripsi dan translasi. Jadi, meskipun sebagian besar regulasi ekspresi gen terjadi melalui kontrol transkripsi pada prokariota, regulasi ekspresi gen pada eukariota terjadi pada tingkat transkripsi dan pasca-transkripsi (setelah transkrip primer dibuat).

13.1 Regulasi Gen Prokariotik

Pada bakteri dan archaea, protein struktural dengan fungsi terkait biasanya dikodekan bersama dalam genom dalam blok yang disebut an operon dan ditranskripsikan bersama di bawah kendali satu promotor, mengakibatkan terbentuknya transkrip polikistronik(Gambar 13.1). Dengan cara ini, regulasi transkripsi semua gen struktural yang mengkode enzim yang mengkatalisis banyak langkah dalam satu jalur biokimia dapat dikontrol secara simultan, karena semuanya akan dibutuhkan pada saat yang sama, atau tidak diperlukan sama sekali. Misalnya, di E. coli, semua gen struktural yang mengkodekan enzim yang diperlukan untuk menggunakan laktosa sebagai sumber energi dikodekan di samping satu sama lain dalam laktosa (atau lac) operon di bawah kendali promotor tunggal, yaitu lac promotor. Ilmuwan Prancis François Jacob (1920–2013) dan Jacques Monod di Institut Pasteur adalah yang pertama menunjukkan organisasi gen bakteri ke dalam operon, melalui studi mereka pada lac operasi dari E. coli. Untuk pekerjaan ini, mereka memenangkan Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1965.

Gambar 13.1 Representasi Skema dari sebuah Operon. Pada prokariota, gen struktural dari fungsi terkait sering diatur bersama pada genom dan ditranskripsi bersama di bawah kendali promotor tunggal. Wilayah regulasi operon mencakup promotor dan operator. Jika represor mengikat operator, maka gen struktural tidak akan ditranskripsi. Atau, aktivator dapat mengikat ke wilayah regulasi, meningkatkan transkripsi.

Setiap operon mencakup sekuens DNA yang mempengaruhi transkripsinya sendiri, ini terletak di wilayah yang disebut wilayah pengatur. Wilayah pengatur mencakup promotor dan wilayah di sekitar promotor, yang faktor transkripsi, protein yang dikodekan oleh gen pengatur, dapat mengikat. Faktor transkripsi mempengaruhi pengikatan RNA polimerase ke promotor dan memungkinkan perkembangannya untuk menyalin gen struktural. A penekan adalah faktor transkripsi yang menekan transkripsi gen sebagai respons terhadap stimulus eksternal dengan mengikat urutan DNA dalam wilayah regulasi yang disebut operator, yang terletak di antara situs pengikatan RNA polimerase dari promotor dan situs awal transkripsi dari gen struktural pertama. Pengikatan represor secara fisik memblokir RNA polimerase dari menyalin gen struktural. Sebaliknya, penggerak adalah faktor transkripsi yang meningkatkan transkripsi gen sebagai respons terhadap stimulus eksternal dengan memfasilitasi pengikatan RNA polimerase ke promotor. NS penginduksi, jenis molekul pengatur ketiga, adalah molekul kecil yang mengaktifkan atau menekan transkripsi dengan berinteraksi dengan represor atau aktivator.

Pada prokariota, ada contoh operon yang produk gennya diperlukan secara konsisten dan ekspresinya, oleh karena itu, tidak diatur. Operon tersebut adalah dinyatakan secara konstitutif, yang berarti mereka ditranskripsi dan diterjemahkan terus menerus untuk menyediakan sel dengan tingkat menengah yang konstan dari produk protein. Gen tersebut mengkodekan enzim yang terlibat dalam fungsi rumah tangga yang diperlukan untuk pemeliharaan sel, termasuk replikasi DNA, perbaikan, dan ekspresi, serta enzim yang terlibat dalam metabolisme inti. Sebaliknya, ada operon prokariotik lain yang diekspresikan hanya ketika dibutuhkan dan diatur oleh represor, aktivator, dan penginduksi.

Operon prokariotik umumnya dikendalikan oleh pengikatan represor ke daerah operator, sehingga mencegah transkripsi gen struktural. Operon semacam itu diklasifikasikan sebagai operon yang dapat direpresiatau operon yang dapat diinduksi. Operon yang dapat ditekan, seperti triptofan (trp) operon, biasanya mengandung gen yang mengkode enzim yang diperlukan untuk jalur biosintetik. Selama produk dari jalur, seperti triptofan, terus dibutuhkan oleh sel, operon yang dapat ditekan akan terus diekspresikan. Namun, ketika produk dari jalur biosintetik mulai menumpuk di dalam sel, menghilangkan kebutuhan sel untuk terus membuat lebih banyak, ekspresi operon ditekan. Sebaliknya, operon yang dapat diinduksi, seperti lac operon dari E. coli, sering mengandung gen yang mengkode enzim dalam jalur yang terlibat dalam metabolisme substrat tertentu seperti laktosa. Enzim-enzim ini hanya diperlukan bila substrat tersebut tersedia, sehingga ekspresi operon biasanya diinduksi hanya dengan adanya substrat.

Operon trp: Operon yang Dapat Ditekan

E. coli dapat mensintesis triptofan menggunakan enzim yang dikodekan oleh lima gen struktural yang terletak bersebelahan di trp operon (Gambar 13.2).Ketika triptofan lingkungan rendah, operon dihidupkan. Ini berarti transkripsi dimulai, gen diekspresikan, dan triptofan disintesis. Namun, jika triptofan ada di lingkungan, trp operon dimatikan. Transkripsi tidak terjadi dan triptofan tidak disintesis.

Ketika triptofan tidak ada di dalam sel, represor dengan sendirinya tidak mengikat operator oleh karena itu, operon aktif dan triptofan disintesis. Namun, ketika triptofan terakumulasi dalam sel, dua molekul triptofan mengikat trp molekul represor, yang mengubah bentuknya, memungkinkannya mengikat trp operator. Pengikatan bentuk aktif dari trp represor ke operator memblokir RNA polimerase dari menyalin gen struktural, menghentikan ekspresi operon. Jadi, produk aktual dari jalur biosintetik yang dikendalikan oleh operon mengatur ekspresi operon.

Gambar 13.2 Operon Trp. Lima gen struktural yang diperlukan untuk mensintesis triptofan dalam E. coli terletak bersebelahan di trp operasi. Ketika triptofan tidak ada, protein represor tidak mengikat operator, dan gen ditranskripsi. Ketika triptofan berlimpah, triptofan mengikat protein represor pada urutan operator. Ini secara fisik memblokir RNA polimerase dari menyalin gen biosintesis triptofan.

The Lac Operon: Sebuah Operon yang Dapat Diinduksi

NS lac operon adalah contoh dari operon yang dapat diinduksi yang juga tunduk pada aktivasi tanpa adanya glukosa. NS lac operon mengkodekan tiga gen struktural, lacZ, lacY, dan lacA, diperlukan untuk memperoleh dan memproses laktosa disakarida dari lingkungan (Gambar 13.3A).

Gambar 13.3 Aktivitas Biologis lac Operon. (A) Representasi skematis dari lac operasi di E.coli. Operon lac memiliki tiga gen struktural, lacZ, lacY, dan lacA yang masing-masing mengkode -galactosidase, permease, dan galactoside acetyltransferase. promotor (P) dan operator (Hai) urutan yang mengontrol ekspresi operon ditampilkan. Bagian hulu lac operon adalah lac gen penekan, lacI, dikendalikan oleh lacI promotor (P). (B) Menunjukkan penghambatan represor lac dari ekspresi gen operon lac tanpa adanya laktosa. NS lac represor mengikat dengan urutan operator operon dan mencegah enzim RNA polimerase yang terikat pada promotor (P) dari memulai transkripsi. (C) Dengan adanya laktosa, sebagian laktosa diubah menjadi alolaktosa, yang mengikat dan menghambat aktivitas laktosa. lac penekan. NS lac kompleks represor-allolaktosa tidak dapat berikatan dengan wilayah operator operon, membebaskan RNA polimerase dan menyebabkan inisiasi transkripsi. Ekspresi dari lac gen operon memungkinkan pemecahan dan pemanfaatan laktosa sebagai sumber makanan dalam organisme.

NS lacZ gen mengkodekan enzim -galaktosidase (β-gal) yang bertanggung jawab untuk hidrolisis laktosa menjadi gula sederhana glukosa dan galaktosa (Gbr. 13.4A). Enzim -gal juga dapat memediasi pemecahan substrat alternatif 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (Xgal) (Gbr. 13.4B). Produk pemecahannya, 5-bromo-4-chloro-3-hydroxyindole – 1, dimerisasi secara spontan untuk membentuk produk biru yang intens, 5,5′-dibromo-4,4′-dichloro-indigo – 2. Dengan demikian, Xgal telah menjadi alat penelitian yang berharga, tidak hanya dalam studi aktivitas enzim -gal, tetapi juga dalam pengembangan sistem kloning DNA biru-putih yang umum digunakan yang memanfaatkan enzim -gal sebagai penanda dalam percobaan kloning molekuler.

Operon lac mengandung dua gen lagi, selain lacZ (Gbr. 13.3A). NS renda gen mengkode permease yang meningkatkan penyerapan laktosa ke dalam sel dan lacA mengkodekan enzim galaktosida asetiltransferase (GAT). Fungsi yang tepat dari GAT selama metabolisme laktosa belum secara meyakinkan dijelaskan tetapi asetilasi dianggap berperan dalam pengangkutan gula yang dimodifikasi.

Gambar 13.4 Reaksi yang Dikendalikan oleh Ekspresi Lac Operon. (A) Ekspresi enzim -galaktosidase memungkinkan pemecahan laktosa menjadi gula sederhana, glukosa dan galaktosa untuk E. coli untuk digunakan sebagai sumber makanan. (B) Enzim -galaktosidase juga memediasi pemecahan substrat non-asli 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactopyranoside (Xgal). Produk penguraian (1) 5-bromo-4-chloro-3-hydroxyindole dengan cepat terdimerisasi menjadi produk yang sangat biru (2) 5,5′-dibromo-4,4′-dichloro-indigo menjadikannya alat yang berguna untuk molekuler biologi. (C) -D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) dapat berfungsi sebagai penginduksi non-asli dari operon lac. Ini meniru struktur laktosa dan mengikat dengan Lac Repressor.

Untuk lac operon untuk diekspresikan, laktosa harus ada. Ini masuk akal bagi sel karena akan sangat boros untuk membuat enzim untuk memproses laktosa jika laktosa tidak tersedia.

Dengan tidak adanya laktosa, lacI gen diekspresikan secara konstitutif, mengekspresikan lac protein represor (Gbr. 13.3 B). Represor lac mengikat dengan wilayah operator dari lac operon dan secara fisik mencegah RNA polimerase mentranskripsi gen struktural (Gbr. 13.3 B). Namun, ketika laktosa hadir, laktosa di dalam sel diubah menjadi alolaktosa. Allolaktosa berfungsi sebagai penginduksi molekul, mengikat penekan dan mengubah bentuknya sehingga tidak mampu lagi mengikat DNA operator (Gbr. 13.3 C). Penghapusan represor dengan adanya laktosa memungkinkan RNA polimerase untuk bergerak melalui wilayah operator dan memulai transkripsi lac gen struktural. Selain laktosa, percobaan laboratorium telah mengungkapkan bahwa senyawa non-alami Isopropil -D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) juga dapat berikatan dengan lac represor dan menyebabkan ekspresi lac operon (Gambar 13.4 C). Serupa dengan Xgal, senyawa ini juga telah digunakan sebagai alat penelitian untuk kloning molekuler.

Lac Operon: Aktivasi oleh Protein Aktivator Katabolit

Bakteri biasanya memiliki kemampuan untuk menggunakan berbagai substrat sebagai sumber karbon. Namun, karena glukosa biasanya lebih disukai daripada substrat lain, bakteri memiliki mekanisme untuk memastikan bahwa substrat alternatif hanya digunakan ketika glukosa telah habis. Selain itu, bakteri memiliki mekanisme untuk memastikan bahwa gen yang mengkode enzim untuk menggunakan substrat alternatif diekspresikan hanya ketika substrat alternatif tersedia. Pada tahun 1940-an, Jacques Monod adalah orang pertama yang menunjukkan preferensi untuk substrat tertentu di atas yang lain melalui studinya tentang E. colipertumbuhannya ketika dikultur dengan adanya dua substrat yang berbeda secara bersamaan. Studi tersebut menghasilkan kurva pertumbuhan diauxic, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.5. Meskipun glukosa substrat yang disukai digunakan terlebih dahulu, E. coli tumbuh dengan cepat dan enzim untuk metabolisme laktosa tidak ada. Namun, begitu kadar glukosa habis, laju pertumbuhan melambat, menginduksi ekspresi enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme substrat kedua, laktosa. Perhatikan bagaimana laju pertumbuhan laktosa lebih lambat, seperti yang ditunjukkan oleh kurva pertumbuhan yang lebih curam.

Gambar 13.5. Pemanfaatan Glukosa dalam E. Coli.Ketika tumbuh di hadapan dua substrat, E. coli menggunakan substrat yang disukai (dalam hal ini glukosa) sampai habis. Kemudian, enzim-enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme substrat kedua diekspresikan dan pertumbuhan dilanjutkan, meskipun pada kecepatan yang lebih lambat.

Kemampuan untuk beralih dari penggunaan glukosa ke substrat lain seperti laktosa merupakan konsekuensi dari aktivitas enzim yang disebut Enzim IIA (EIIA). Ketika kadar glukosa turun, sel menghasilkan lebih sedikit ATP dari katabolisme dan EIIA menjadi terfosforilasi. EIIA terfosforilasi mengaktifkan adenilat siklase, enzim yang mengubah beberapa ATP yang tersisa menjadi AMP siklik (cAMP), turunan siklik AMP dan molekul pensinyalan penting yang terlibat dalam metabolisme glukosa dan energi di E. coli (Gbr. 13.6). Akibatnya, kadar cAMP mulai meningkat di dalam sel. Ini merupakan indikator bagi sel, bahwa tingkat energi keseluruhan rendah dan ATP sedang habis.

Gambar 13.6. Konversi ATP menjadi cAMP. Ketika tingkat ATP menurun karena penipisan glukosa, beberapa ATP yang tersisa diubah menjadi cAMP oleh adenilat siklase. Dengan demikian, peningkatan kadar cAMP menandakan penipisan glukosa.

NS lac operon juga berperan dalam peralihan ini dari penggunaan glukosa ke penggunaan laktosa. Ketika glukosa langka, akumulasi cAMP yang disebabkan oleh peningkatan aktivitas adenilat siklase berikatan dengan protein aktivator katabolit (CAP), juga dikenal sebagai protein reseptor cAMP (CRP). Kompleks mengikat ke wilayah promotor dari lac operon (Gambar 13.7). Di wilayah regulasi operon ini, situs pengikatan CAP terletak di hulu situs pengikatan RNA polimerase di promotor. Pengikatan kompleks CAP-cAMP ke situs ini meningkatkan kemampuan pengikatan RNA polimerase ke daerah promotor untuk memulai transkripsi gen struktural. Dengan demikian, dalam kasus lac operon, agar transkripsi terjadi, laktosa harus ada (menghilangkan protein represor lac) dan kadar glukosa harus habis (memungkinkan pengikatan protein pengaktif). Ketika kadar glukosa tinggi, ada represi katabolit dari operon yang mengkode enzim untuk metabolisme substrat alternatif. Karena kadar cAMP yang rendah dalam kondisi ini, jumlah kompleks CAP-cAMP yang ada tidak mencukupi untuk mengaktifkan transkripsi operon ini.

Gambar 13.7 Pengaruh CAP terhadap Lac operon. (a) Dengan adanya cAMP, CAP berikatan dengan promotor operon, seperti lac operon, yang mengkodekan gen untuk enzim untuk penggunaan substrat alternatif. (b) Untuk lac operon untuk diekspresikan, harus ada aktivasi oleh cAMP-CAP serta penghilangan lac repressor dari operator.

Tanggapan Global Prokariota

Pada prokariota, ada juga beberapa tingkat regulasi gen yang lebih tinggi yang memiliki kemampuan untuk mengontrol transkripsi banyak operon terkait secara bersamaan sebagai respons terhadap sinyal lingkungan. Sekelompok operon yang semuanya dikendalikan secara bersamaan disebut peraturan.

Alarmone

Ketika merasakan stres yang akan datang, prokariota mengubah ekspresi berbagai macam operon untuk merespon dalam koordinasi. Mereka melakukan ini melalui produksi alarmone, yang merupakan turunan nukleotida intraseluler kecil, seperti guanosin pentafosfat (pppGpp) (Gbr. 13.8).

Gambar 13.8 Struktur Guanosine Pentaphosphate (pppGpp)

Alarmones mengubah gen mana yang diekspresikan dan merangsang ekspresi gen respons stres tertentu. Misalnya, pensinyalan pppGpp terlibat dalam respons ketat pada bakteri, menyebabkan penghambatan sintesis RNA ketika ada kekurangan asam amino. Hal ini menyebabkan translasi menurun dan oleh karena itu asam amino yang ada dipertahankan. Selanjutnya, pppGpp menyebabkan up-regulasi dari banyak gen lain yang terlibat dalam respon stres seperti gen untuk penyerapan asam amino (dari media sekitarnya) dan biosintesis.

Penggunaan alarm untuk mengubah ekspresi gen sebagai respons terhadap stres tampaknya juga penting pada bakteri patogen. Saat menghadapi mekanisme pertahanan inang dan kondisi sulit lainnya selama infeksi, banyak operon yang mengkode gen virulensi diregulasi sebagai respons terhadap pensinyalan alarm. Pengetahuan tentang respons ini adalah kunci untuk dapat sepenuhnya memahami proses infeksi banyak patogen dan pengembangan terapi untuk melawan proses ini.

Penginderaan Kuorum

Quorum sensing (QS) adalah mekanisme komunikasi antar sel bakteri yang digunakan untuk mengoordinasikan aktivitas sel individu dalam tingkat populasi sebagai respons terhadap lingkungan melalui produksi dan persepsi molekul sinyal yang dapat didifusikan seperti Asil Homoserin Lakton atau peptida singel kecil (Gbr. 13.9). Sintase sinyal, reseptor sinyal, dan molekul sinyal adalah tiga elemen penting dari mesin sirkuit QS dasar (Gbr. 13.9). Gen yang mengkode protein penghasil sinyal juga termasuk di antara gen target QS. Ini membentuk loop umpan balik autoinduksi untuk memodulasi generasi molekul sinyal. Beberapa perilaku bakteri termasuk ekspresi faktor virulensi, produksi metabolit sekunder, pembentukan biofilm, motilitas, dan pendaran diatur oleh QS. Melalui jaringan regulasi yang kompleks, bakteri mampu mengekspresikan gen yang sesuai menurut ukuran populasi mereka sendiri dan berperilaku secara terkoordinasi.

Gambar 13.9 Contoh Jalur Quorum Sensing. (Panel kiri) Mekanisme penginderaan kuorum Gram-negatif yang umum. Molekul asil homoserin lakton, disintesis oleh LuxI, secara pasif melewati membran sel bakteri dan ketika konsentrasi yang cukup tercapai (tingkat ambang) mengaktifkan LuxR intraseluler yang kemudian mengaktifkan ekspresi gen target secara terkoordinasi. Perhatikan bahwa satu sel ditampilkan untuk kesederhanaan. Namun, asil homoserin lakton biasanya akan berdifusi dan menargetkan sel-sel tetangga di dalam koloni untuk memediasi respon komunal atau populasi dalam koloni bakteri. (Panel kanan) Peptida penginderaan kuorum disintesis oleh ribosom bakteri sebagai protein pro-peptida dan mengalami modifikasi pascatranslasi selama ekskresi melalui transpor aktif. Peptida penginderaan kuorum mengikat reseptor terkait membran yang mendapatkan autofosforilasi dan mengaktifkan regulator respons intraseluler melalui transfer fosfor. Regulator respons terfosforilasi ini menginduksi peningkatan ekspresi gen target.

Misalnya, beberapa spesies mikroba, seperti Stafilokokus aureus, dapat membungkus komunitas mereka dalam matriks yang diproduksi sendiri dari zat polimer ekstraseluler terhidrasi yang mencakup polisakarida, protein, asam nukleat, dan molekul lipid. Selubung ini dikenal sebagai biofilm. pembentukan biofilm pada permukaan padat adalah proses bertahap yang terdiri dari beberapa tahap (Gbr. 13.10). Ini dimulai dengan pengkondisian permukaan melalui pelapisan dengan makromolekul dari lingkungan berair, yang memungkinkan adhesi awal mikroorganisme yang dapat dibalik. Langkah selanjutnya adalah pembentukan perlekatan yang lebih kuat dan ireversibel ke permukaan, diikuti oleh proliferasi dan agregasi mikroorganisme ke dalam kelompok multiseluler dan berlapis-lapis, yang secara aktif menghasilkan matriks ekstraseluler. Beberapa sel dalam biofilm dewasa terus menerus terlepas dan terpisah dari agregat, mewakili sumber bakteri planktonik yang terus menerus yang selanjutnya dapat menyebar dan membentuk mikrokoloni baru.

Gambar 13.10 Gambar skema pembentukan biofilm.

Biofilm adalah penyebab umum infeksi kronis, nosokomial, dan infeksi terkait perangkat medis, karena fakta bahwa mereka dapat berkembang baik pada jaringan vital atau nekrotik serta pada permukaan lembam dari bahan implan yang berbeda. Selain itu, biofilm terkait dengan resistensi tingkat tinggi terhadap antimikroba, kegagalan pengobatan yang sering, peningkatan morbiditas dan mortalitas. Akibatnya, infeksi biofilm dan penyakit yang menyertainya telah menjadi masalah kesehatan utama dan tantangan serius bagi kedokteran modern dan farmasi. Perkiraan kasar menunjukkan bahwa lebih dari 60% infeksi terkait rumah sakit disebabkan oleh biofilm yang terbentuk pada perangkat medis yang ada di dalamnya, yang mengakibatkan lebih dari satu juta kasus pasien yang terinfeksi setiap tahun dan lebih dari $1 miliar biaya rawat inap per tahun di AS. .

Infeksi biofilm memiliki beberapa karakteristik umum: perkembangan yang lambat pada satu atau lebih hot-spot, manifestasi klinis yang tertunda, persistensi selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun, biasanya dengan periode eksaserbasi akut yang bergantian dan tidak adanya gejala klinis. Meskipun mereka kurang agresif daripada infeksi akut, pengobatan mereka lebih menantang. Alasan utama untuk hal tersebut di atas adalah penurunan hingga 1000 kali lipat dalam kerentanan biofilm terhadap agen antimikroba dan desinfektan serta resistensi terhadap respon imun inang. Dengan demikian, cara untuk mengurangi atau menghambat pembentukan biofilm sangat dicari. Mayoritas metode kontrol biofilm yang diusulkan berfokus pada: (i) pencegahan dan minimalisasi pembentukan biofilm dengan pemilihan dan modifikasi permukaan bahan anti-perekat (ii) teknik debridement termasuk prosedur ultrasound dan bedah (iii) gangguan sinyal QS biofilm sistem atau (iv) mencapai penetrasi dan pengiriman obat yang tepat ke biofilm yang terbentuk dengan menggunakan medan elektromagnetik, gelombang ultrasound, aktivasi fotodinamik atau sistem penghantaran obat tertentu.

Alternatif Faktor

Karena subunit dari RNA polimerase bakteri memberikan spesifisitas promotor mana yang harus ditranskripsi, mengubah faktor digunakan adalah cara lain bagi bakteri untuk secara cepat dan global mengubah regulasi yang ditranskripsikan pada waktu tertentu. Faktor mengenali urutan dalam bakteri promotor, jadi faktor yang berbeda masing-masing akan mengenali urutan promotor yang sedikit berbeda. Dengan cara ini, ketika sel merasakan kondisi lingkungan tertentu, ia dapat merespons dengan mengubah faktor yang diekspresikannya, menurunkan yang lama dan menghasilkan yang baru untuk mentranskripsikan gen penyandi operon yang produknya akan berguna di bawah kondisi lingkungan baru. Misalnya, pada bakteri yang bersporulasi dari genus Basil dan Klostridium (yang mencakup banyak patogen), sekelompok faktor mengontrol ekspresi banyak gen yang diperlukan untuk sporulasi sebagai respons terhadap sinyal perangsang sporulasi.

Atenuasi dan Riboswitch Prokariotik

Meskipun sebagian besar ekspresi gen diatur pada tingkat inisiasi transkripsi pada prokariota, ada juga mekanisme untuk mengontrol penyelesaian transkripsi, serta translasi, secara bersamaan. Sejak penemuan mereka, mekanisme ini telah terbukti mengontrol penyelesaian transkripsi dan translasi banyak operon prokariotik. Karena mekanisme ini menghubungkan regulasi transkripsi dan translasi secara langsung, mereka spesifik untuk prokariota, karena proses ini secara fisik terpisah pada eukariota.

Salah satu sistem regulasi tersebut adalah redaman, dimana sekunder struktur batang-loop terbentuk di dalam ujung 5' dari mRNA yang ditranskripsi menentukan apakah transkripsi untuk menyelesaikan sintesis mRNA ini akan terjadi dan apakah mRNA ini akan digunakan untuk translasi. Di luar mekanisme represi transkripsi yang telah dibahas, atenuasi juga mengontrol ekspresi trp operasi di E. coli (Gbr. 13.11). NS trp wilayah pengatur operon berisi urutan pemimpin yang disebut trpL antara operator dan gen struktural pertama, yang memiliki empat bentangan RNA yang dapat saling berpasangan dalam kombinasi yang berbeda. Ketika bentuk loop batang terminator, transkripsi berakhir, melepaskan RNA polimerase dari mRNA. Namun, ketika loop batang antiterminator terbentuk, ini mencegah pembentukan loop batang terminator, sehingga RNA polimerase dapat mentranskripsi gen struktural.

Gambar 13.11. Atenuasi Transkripsi dan Translasi. Ketika triptofan berlimpah, terjemahan peptida pemimpin pendek dikodekan oleh trpL berlanjut, loop terminator antara daerah 3 dan 4 terbentuk, dan transkripsi berakhir. Ketika tingkat triptofan habis, terjemahan dari peptida pemimpin pendek terhenti di wilayah 1, memungkinkan wilayah 2 dan 3 untuk membentuk loop antiterminator, dan RNA polimerase dapat mentranskripsi gen struktural dari trp operasi.

Mekanisme terkait regulasi transkripsi dan translasi bersamaan pada prokariota adalah penggunaan a Riboswitch, wilayah kecil RNA nonkode yang ditemukan di dalam ujung 5’ dari beberapa molekul mRNA prokariotik (Gambar 13.12). Riboswitch dapat mengikat molekul intraseluler kecil untuk menstabilkan struktur sekunder tertentu dari molekul mRNA. Pengikatan molekul kecil menentukan struktur batang-loop yang terbentuk, sehingga mempengaruhi penyelesaian sintesis mRNA dan sintesis protein.

Gambar 13.12. Bentuk dan Fungsi Riboswitch. Riboswitch yang ditemukan dalam molekul mRNA prokariotik dapat mengikat molekul intraseluler kecil, menstabilkan struktur RNA tertentu, mempengaruhi penyelesaian sintesis molekul mRNA itu sendiri (kiri) atau protein yang dibuat menggunakan mRNA tersebut (kanan).

13.2 Regulasi Gen Eukariotik

Seperti yang terlihat pada Bab 10, inisiasi transkripsi membutuhkan perakitan banyak faktor transkripsi (TF) yang terlokalisasi di wilayah promotor. Transkripsi juga dapat memanfaatkan interaksi enhancer yang menjangkau jauh, yang mengikat pada situs DNA yang jauh dan berputar kembali untuk menstabilkan RNA polimerase pada promotor. Kontrol inisiasi transkripsi tergantung pada aktivasi faktor TF, pengikatan TF dengan urutan pengenalan DNA spesifik, dan remodeling kromatin.

Aktivasi Faktor Transkripsi (TF)

Banyak TF diekspresikan di dalam sel dan ditahan dalam konformasi yang tidak aktif sampai stimulus lingkungan yang tepat hadir di dalam sel. Jalur pensinyalan seluler dapat menyebabkan modifikasi protein pasca-translasi yang mengarah ke aktivasi TF atau molekul kecil dapat secara fisik mengikat dan memodifikasi struktur protein secara alosterik untuk memediasi aktivasi. Di sini kita akan menggunakan contoh dari kaskade pensinyalan siklus sel dan jalur reseptor hormon steroid untuk menyoroti beberapa mekanisme aktivasi TF. Elemen kunci untuk diambil dari bagian ini adalah bahwa aktivasi faktor transkripsi seringkali sangat pleiotropik dan memiliki banyak pengaruh seluler. Tergantung pada jenis sel dan kondisi lingkungan, kombinasi yang berbeda dari gen target hilir dapat diaktifkan atau dinonaktifkan. Mengurai seluk-beluk ini dan efek fisiologis yang mereka miliki dalam suatu organisme adalah tujuan utama dari penelitian yang sedang berlangsung.

Regulasi Siklus Sel oleh p53

p53 adalah salah satu protein yang paling banyak dipelajari dalam sains. Sampai saat ini, lebih dari 68.000 makalah muncul di PubMed yang berisi p53 atau TP53 dalam judul dan/atau abstrak. Awalnya digambarkan sebagai onkogen (sejak bermutasi, bentuk protein yang diubah secara fungsional pertama kali dicirikan), p53 sekarang diakui sebagai penekan tumor yang paling sering tidak aktif pada kanker manusia. Ini adalah faktor transkripsi yang mengontrol ekspresi gen dan miRNA yang mempengaruhi banyak proses seluler penting termasuk proliferasi, perbaikan DNA, kematian sel terprogram (apoptosis), autophagy, metabolisme, dan migrasi sel (Gbr. 13.13). Banyak dari proses tersebut sangat penting untuk berbagai patologi dan kondisi manusia yang melampaui kanker, termasuk iskemia, penyakit neurodegeneratif, pembaruan sel induk, penuaan, dan kesuburan. Khususnya, p53 juga memiliki fungsi non-transkripsi, mulai dari aktivitas nuklease intrinsik hingga aktivasi Bak mitokondria (pembunuh antagonis homolog Bcl-2) dan apoptosis independen caspase.

Sebagai faktor transkripsi, p53 merespons berbagai gangguan genotoksik dan tekanan seluler (misalnya, kerusakan DNA atau aktivasi onkogen) dengan menginduksi atau menekan ekspresi lebih dari seratus gen yang berbeda. Regulasi transkripsi p53 memainkan peran dominan dalam menyebabkan penangkapan sel yang rusak, memfasilitasi perbaikan dan kelangsungan hidup mereka, atau menginduksi kematian sel ketika DNA rusak tidak dapat diperbaiki. p53 juga dapat menyebabkan sel-sel menjadi terhenti pertumbuhannya secara permanen, dan ada yang memaksa in vivo bukti bahwa sel-sel "senescent" ini mengeluarkan faktor-faktor yang meningkatkan pembersihannya oleh sistem kekebalan, yang mengarah pada regresi tumor. Melalui mekanisme ini, p53 membantu menjaga stabilitas genomik dalam suatu organisme, membenarkan julukan yang telah lama dipegangnya sebagai “penjaga genom”. Target gen p53 lainnya terlibat dalam penghambatan angiogenesis sel tumor, migrasi, metastasis, dan proses penting lainnya (seperti pemrograman ulang metabolik) yang biasanya mendorong pembentukan dan perkembangan tumor

Gambar 13.13. Stres seluler menyebabkan aktivasi transkripsi p53 target hilir. Biasanya, level p53 dijaga tetap rendah oleh antagonis utamanya, Mdm2, ligase ubiquitin E3 yang merupakan target transkripsi p53. Sinyal stres, seperti kerusakan DNA, aktivasi onkogen dan hipoksia, meningkatkan stabilitas dan aktivitas p53 dengan menginduksi modifikasi pasca-translasi (PTM) dan tetramerisasi p53. p53 berfungsi sebagai faktor transkripsi yang mengikat elemen respons p53 spesifik di hulu gen targetnya. p53 mempengaruhi banyak proses seluler penting yang terkait dengan penekanan tumor, termasuk induksi (hijau) penuaan, apoptosis, dan perbaikan DNA serta penghambatan (merah) metabolisme, angiogenesis, dan migrasi sel. Fungsi-fungsi ini sebagian besar dimediasi melalui regulasi transkripsi targetnya (contoh diberikan).

Fungsi protein p53 diatur pasca-translasi dengan interaksi terkoordinasi dengan protein pensinyalan termasuk protein kinase, asetiltransferase, transfer metil, dan enzim pengubah mirip ubiquitin (Gambar 13.14). Sebagian besar situs modifikasi kovalen terjadi pada motif docking peptida linier yang tidak terstruktur secara intrinsik yang mengapit domain pengikatan DNA p53 yang berperan dalam penahan atau dalam mengaktifkan enzim yang memediasi modifikasi kovalen p53 secara alosterik. Dalam sel yang tidak rusak, protein p53 memiliki waktu paruh yang relatif pendek dan didegradasi oleh jalur bergantung ubiquitin-proteasome melalui aksi ligase ubiquitin E3, seperti MDM2 (Gambar 13.13). Setelah stres, p53 difosforilasi pada beberapa residu, sehingga memodifikasi fungsi biokimia yang diperlukan untuk meningkatkan aktivitas sebagai faktor transkripsi. Modifikasi pasca-translasi membantu menstabilkan pembentukan tetramer protein dan meningkatkan translokasi protein dari sitoplasma ke dalam nukleus. Bentuk tetramerik p53 kemudian berfungsi untuk mengikat DNA dengan cara spesifik urutan dan mengaktifkan atau menekan transkripsi, tergantung pada urutan target. Beberapa modifikasi pasca-translasi, seperti asetilasi, bergantung pada DNA dan dapat berperan dalam remodeling kromatin dan aktivasi ekspresi gen target p53.

Gambar 13.14 Situs Modifikasi Pasca-Translasi pada hal.53. Representasi skematis dari 393 struktur domain asam amino p53 manusia yang menunjukkan situs modifikasi pasca-translasi termasuk fosforilasi, asetilasi, ubiquitinasi, metilasi, neddylasi, dan sumoylasi. Singkatan: N-terminal transactivation domain (TAD) domain kaya prolin (PRD) domain tetramerisasi (TET) Domain regulasi terminal-C (REG) arginin (R) lisin (K) serin (S) treonin (T).

Perlu dicatat bahwa mutasi titik tunggal yang memodifikasi kemampuan protein untuk difosforilasi dalam satu posisi, biasanya tidak menunjukkan penurunan stabilisasi atau aktivasi protein setelah terjadinya kerusakan atau stres. Dengan demikian, beberapa modifikasi kemungkinan memungkinkan redundansi dalam jalur ini dan memastikan aktivasi protein setelah peristiwa stres. Lebih lanjut, lingkungan di dalam sel dapat menyebabkan fenotipe p53 yang berbeda, seperti aktivasi proses penghentian pertumbuhan dan perbaikan DNA (yaitu jika tidak banyak kerusakan) atau dapat menyebabkan aktivasi jalur kematian sel terprogram atau apoptosis. (yaitu jika kerusakan terlalu luas untuk diperbaiki).

Reseptor Hormon Steroid

Reseptor hormon steroid (SHR) milik keluarga super reseptor nuklir (NR),yang merupakan salah satu kelas penting dari faktor transkripsi. NR memainkan peran penting dalam semua aspek perkembangan manusia, metabolisme dan fisiologi. Karena mereka umumnya bertindak sebagai faktor transkripsi yang diaktifkan ligan, mereka merupakan komponen penting dari pensinyalan sel. NR membentuk keluarga kuno dan lestari yang muncul di awal garis keturunan metazoan. Evolusi molekuler NR dicirikan oleh peristiwa besar duplikasi gen dan kehilangan gen. Analisis filogenetik mengungkapkan pemisahan yang berbeda dari NR ligand binding domains (LBDs) menjadi 4 cabang monofiletik, klaster mirip reseptor hormon steroid, klaster reseptor mirip hormon tiroid, klaster reseptor mirip faktor X dan steroidogenik dan saraf. cluster reseptor seperti faktor pertumbuhan/HNF4 (Gbr. 13.15).

Gambar 13.15 Pohon filogenetik dari domain pengikat ligan reseptor nuklir’. Empat cabang monofiletik yang berbeda terlihat. Cabang-cabang monofiletik itu dibagi menjadi beberapa subkategori. Pohon-pohon filogenetik dengan percaya diri memisahkan kluster seperti hormon steroid (cabang berwarna hijau), kluster reseptor mirip faktor retinoid X dan steroidogenik (cabang berwarna oranye), kluster reseptor mirip hormon tiroid (cabang berwarna biru) dan pertumbuhan saraf kluster reseptor faktor-4 seperti faktor/hepatosit (cabang berwarna kuning).

Di sini kita akan fokus pada cabang Steroid Hormone-Like Receptors (SHRs). SHR memainkan peran kunci dalam banyak proses fisiologis penting seperti perkembangan organ, homeostasis metabolit, dan respons terhadap rangsangan eksternal. Reseptor estrogen datang dalam dua bentuk utama, ERα dan ERβ. Anggota lain dari subkelompok ini termasuk reseptor glukokortikoid pengikat kortisol (GR), reseptor mineralokortikoid pengikat aldosteron (MR), reseptor progesteron (PR), dan reseptor androgen pengikat dihidrotestosteron (DHT) (AR) (Gbr. 13.16).

Gambar 13.16 Gambaran Umum Keluarga Reseptor Hormon Steroid (SHR). A. Pohon filogenetik dari keluarga Steroid Hormone Receptor (SHR) menunjukkan keterkaitan evolusioner dan jarak antara berbagai reseptor. Berdasarkan keberpihakan yang tersedia di The NucleaRDB [Horn et al., 2001]. B. Semua reseptor steroid terdiri dari variabel N-terminal domain (A/B) yang mengandung AF-1 transactivation region, DNA Binding Domain (DBD) yang sangat terkonservasi, flexible hinge region (D), dan C-terminal Ligand Binding. Domain (LBD, E) yang berisi wilayah transaktivasi AF-2. Reseptor estrogen unik karena mengandung domain C-terminal F tambahan. Angka mewakili panjang reseptor dalam asam amino.

Anggota keluarga Reseptor Hormon Steroid memiliki arsitektur modular yang serupa, terdiri dari sejumlah domain fungsional independen (Gbr. 13.16B). Yang paling dilestarikan adalah domain pengikatan DNA (DBD) yang terletak di pusat yang mengandung motif jari-seng yang khas. DBD diikuti oleh daerah engsel fleksibel dan Ligand Binding Domain (LBD) yang cukup terkonservasi, terletak di ujung terminal karboksi reseptor. Reseptor estrogen unik karena mengandung domain F tambahan yang fungsi pastinya tidak jelas. LBD terdiri dari dua belas -heliks (H1-H12) yang bersama-sama terlipat menjadi sandwich -heliks kanonik. Selain kemampuan pengikatan ligan, LBD juga memainkan peran penting dalam translokasi nuklir, pengikatan pendamping, dimerisasi reseptor, dan rekrutmen koregulator melalui domain transaktivasi bergantung ligan yang kuat, yang disebut sebagai AF-2. Domain transaktivasi kedua, ligan independen, terletak di bagian terminal N yang lebih bervariasi dari reseptor, yang ditunjuk sebagai AF-1. Sampai saat ini, tidak ada struktur kristal dari SHR panjang penuh, meskipun struktur daerah DBD dan LBD dari sebagian besar SHR tersedia. Ini telah membantu secara signifikan dalam memahami aspek molekuler DNA dan pengikatan ligan, tetapi sampai batas tertentu juga menyebabkan perhatian yang bias pada bagian reseptor ini saja. Misalnya, banyak studi interaksi koregulator masih dilakukan dengan LBD saja, sementara banyak penelitian telah menunjukkan bahwa domain AF-2 sering kali hanya menceritakan sebagian dari cerita. Dengan bantuan teknik biofisik, bagaimanapun, adalah layak untuk mempelajari reseptor full-length di lingkungan aslinya (Gambar 13.16).

Kebanyakan SHRs tetap berada di sitoplasma sel sampai mereka terikat dengan steroid yang sesuai (Gambar 13.17). Pengikatan steroid menyebabkan dimerisasi SHRs dan lokalisasi ke inti sel, di mana SHRs berinteraksi dengan DNA pada motif spesifik urutan yang dikenal sebagai Hormone Response Elements (HREs) (Gbr. 13.17, Langkah 5). Banyak SHRs juga dapat berinteraksi dengan reseptor terikat membran dan mempengaruhi jalur sinyal seluler, selain aktivasi ekspresi gen (Gbr. 13.17, langkah 6).

Gambar 13.17 Reseptor Hormon Steroid (SHR) bertindak sebagai faktor transkripsi inti yang bergantung pada hormon. Saat memasuki sel dengan difusi pasif, hormon (H) mengikat reseptor, yang kemudian dilepaskan dari protein kejutan panas, dan bertranslokasi ke nukleus. Di sana, reseptor dimerisasi, mengikat urutan spesifik dalam DNA, yang disebut Elemen Responsif Hormon atau HRE, dan merekrut sejumlah koregulator yang memfasilitasi transkripsi gen.

Hormon Steroid, seperti estrogen, mencapai sel target mereka melalui darah, di mana mereka terikat pada protein pembawa. Estrogen yang terjadi secara alami termasuk estradiol, estrone, estriol, dan estretrol dan berbeda terutama dalam struktur pada keberadaan gugus hidroksil (Gbr. 13.18). Estradiol adalah estrogen dominan selama tahun-tahun reproduksi baik dalam hal kadar serum absolut maupun dalam hal aktivitas estrogenik. Selama menopause, estron adalah estrogen sirkulasi dominan dan selama kehamilan estriol adalah estrogen sirkulasi dominan dalam hal kadar serum. Jenis estrogen lain yang disebut esterol (E4) diproduksi juga diproduksi secara dominan selama kehamilan (Gambar 13.18). Estrogen berfungsi dalam banyak proses fisiologis, termasuk pengaturan siklus menstruasi dan reproduksi, menjaga kepadatan tulang, fungsi otak, mobilisasi kolesterol, pematangan organ reproduksi selama perkembangan, dan berperan dalam mengendalikan peradangan.

Gambar 13.18 Estrogen yang Terjadi Secara Alami.

Karena sifatnya yang lipofilik, diperkirakan bahwa hormon steroid, seperti estrogen, melewati membran sel dengan difusi sederhana, meskipun ada beberapa bukti bahwa hormon tersebut juga dapat diserap secara aktif oleh endositosis hormon yang terikat pada protein pembawa. Untuk waktu yang lama telah diasumsikan bahwa pengikatan ligan menghasilkan saklar on/off sederhana dari reseptor (Gbr. 13.17, langkah 1). Meskipun hal ini mungkin terjadi pada agonis tipikal seperti estrogen dan progesteron, hal ini tidak selalu benar untuk antagonis reseptor, yang digunakan dalam terapi obat. Antagonis ini datang dalam dua jenis, yang disebut antagonis parsial (untuk reseptor estrogen yang dikenal sebagai SERM untuk Modulator Reseptor Estrogen Selektif) dan antagonis penuh. Antagonis parsial dapat, tergantung pada jenis sel, bertindak sebagai agonis atau antagonis SHR. Sebaliknya, antagonis penuh (untuk ER yang dikenal sebagai SERDs untuk Selective Estrogen Receptor Downregulators) selalu menghambat reseptor, terlepas dari jenis sel, sebagian dengan menargetkan reseptor untuk degradasi. Pengikatan kedua jenis antagonis menghasilkan perubahan konformasi utama dalam LBD dan pelepasan dari protein kejutan panas yang sejauh ini telah melindungi reseptor unliganded dari pembukaan dan agregasi (Gbr. 13.17 langkah 2).

Pengenalan Faktor Transkripsi (TF) dan Pengikatan ke DNA

TF mengontrol ekspresi gen dengan mengikat situs DNA target mereka untuk merekrut, atau memblokir, mesin transkripsi ke wilayah promotor gen yang diinginkan. Fungsi mereka bergantung pada kemampuan untuk menemukan situs target mereka dengan cepat dan selektif. Dalam sel hidup, TF hadir dalam konsentrasi nM dan mengikat situs target dengan afinitas yang sebanding, tetapi mereka juga mengikat urutan DNA apa pun (pengikatan nonspesifik), menghasilkan jutaan situs yang bersaing dengan afinitas rendah (yaitu, >10 6 M). Pengikatan nonspesifik memfasilitasi pencarian situs target melalui tiga mekanisme utama (Gbr. 13.19). Salah satu skenario utama melibatkan mekanisme 'geser', di mana protein bergerak dari situs non-spesifik awal ke situs target sebenarnya dengan meluncur di sepanjang DNA (juga dikenal sebagai geser 1-dimensi (1D)) (Gbr. 13.19 ). Ketika TF mulai bergerak dan menggeser ion penghitung dari tulang punggung fosfat, jumlah ion penghitung yang sama berikatan dengan tempat yang dibiarkan bebas oleh protein. Laju geser juga bergantung pada radius hidrodinamik protein, gerakan rotasi yang diperlukan di atas tulang punggung DNA lebih besar untuk protein yang lebih besar, yang cenderung meluncur perlahan. Skenario kedua adalah mekanisme 'hopping', di mana TF mungkin melompat dari satu situs ke situs lain dalam ruang 3D dengan memisahkan dari situs aslinya dan kemudian mengikat ke situs baru. Ini mungkin terjadi dalam rantai yang sama dan re-asosiasi terjadi berdekatan dengan situs yang dipisahkan sebelumnya. Mekanisme pencarian ketiga digambarkan sebagai 'transfer intersegmental'. Dalam skenario ini, protein bergerak di antara dua situs melalui 'loop' perantara yang dibentuk oleh DNA dan kemudian mengikat di dua situs DNA yang berbeda. Mekanisme ini berlaku untuk TF dengan dua situs pengikatan DNA. Protein dengan dua situs pengikatan DNA kadang-kadang dapat mengikat non-spesifik ke dua lokasi yang terletak berjauhan di dalam untai DNA, yang dibawa ke dalam kontak dekat melalui pembentukan loop ini. TF semacam itu ditransfer melintasi titik kontak dekat tanpa memisahkan dari DNA.

Gambar 13.19 Mekanisme pengenalan protein-DNA. Tiga mekanisme pengenalan protein-DNA utama ditunjukkan.Ketika faktor transkripsi (cincin merah muda) bergerak dari satu tempat ke tempat lain dengan cara meluncur di sepanjang DNA dan dipindahkan dari satu pasangan basa ke pasangan basa lainnya tanpa memisahkan dari DNA, mekanisme ini disebut geser (atas). Hopping terjadi ketika faktor transkripsi bergerak pada DNA dengan memisahkan dari satu situs dan berasosiasi kembali dengan situs lain (pusat). Transfer intersegmental menggambarkan mekanisme dimana faktor transkripsi akan ditransfer melalui pembengkokan DNA atau pembentukan loop DNA, sehingga protein yang terikat sementara ke kedua sisi dan kemudian bergerak dari satu situs ke yang lain (bawah).

Setiap TF eukariotik mengontrol puluhan hingga ratusan gen yang tersebar di seluruh genom, dan mengekspresikan setiap gen membutuhkan berbagai TF yang secara bersamaan mengikat situs mereka untuk membentuk kompleks transkripsi, peristiwa yang sangat langka dalam istilah probabilistik. Akibatnya, in vivo pola hunian situs TF eukariotik lebih kompleks daripada yang diperkirakan oleh mereka in vitro profil pengikatan spesifik situs dan tidak berkorelasi kuat dengan tingkat ekspresi gen yang sebenarnya. Fitur menarik yang disorot oleh analisis genom adalah akumulasi situs pengikatan TF potensial di daerah yang mengapit gen eukariotik. Gugus situs pengenalan yang merosot tersebut dianggap sebagai kunci untuk kontrol transkripsi, dan dengan demikian umumnya diklasifikasikan sebagai daerah pengatur gen (RR). Misalnya, afinitas dari Drosophila TF Terikat pada RR dari gen targetnya diperkuat dengan kuat oleh saluran panjang pengulangan konsensus yang merosot yang ada di wilayah tersebut.

Modifikasi Histon dan Pemodelan Ulang Kromatin

Regulasi transkripsi melibatkan penataan ulang dinamis struktur kromatin. Ingatlah bahwa DNA eukariotik dikomplekskan dengan oktamer histon, yang terdiri dari dimer histon inti H2A, H2B, H3 dan H4. 147 bp DNA dibungkus 1,65 kali di sekitar setiap oktamer membentuk nukleosom, unit pengemasan dasar kromatin. Nukleosom, dihubungkan oleh DNA penghubung dengan panjang variabel sebagai "manik-manik pada tali", menghasilkan struktur linier 11 nm. Linker histone H1 diposisikan di bagian atas oktamer histone inti dan memungkinkan pemadatan DNA yang lebih terorganisir menjadi serat 30 nm yang tidak aktif secara transkripsi.

Untuk memahami peran kromatin untuk regulasi transkripsi, penting untuk mengetahui di mana nukleosom diposisikan dan bagaimana penentuan posisi dicapai. Pada dasarnya ada empat kelompok aktivitas yang mengubah struktur kromatin selama transkripsi: (1) modifikasi histon, (2) penggusuran dan reposisi histon, (3) remodeling kromatin dan (4) pertukaran varian histon. Pengubah histon memperkenalkan modifikasi kovalen pasca-translasi pada ekor histon dan dengan demikian mengubah kontak antara DNA dan histon. Modifikasi ini mengatur akses faktor regulasi. Pendamping histon membantu penggusuran dan penempatan histon. Faktor restrukturisasi kromatin kelas ketiga adalah remodeler kromatin yang bergantung pada ATP. Kompleks multi-subunit ini memanfaatkan energi dari hidrolisis ATP untuk berbagai aktivitas remodeling kromatin termasuk geser nukleosom, perpindahan nukleosom dan penggabungan dan pertukaran varian histon.

Modifikasi pasca-translasi (PTM) protein histon adalah mekanisme utama yang mengontrol arsitektur kromatin. Lebih dari 20 jenis PTM histon yang berbeda telah dijelaskan, di antaranya yang paling melimpah adalah asetilasi dan metilasi residu lisin. PTM histone dapat disimpan dan dikeluarkan dari kromatin oleh enzim yang berbeda, yang dikenal sebagai 'penulis' dan 'penghapus' histone PTM. PTM Histon mengerahkan efek pengaturannya melalui dua mekanisme utama. Pertama, PTM histone berfungsi sebagai situs docking untuk berbagai protein nuklir––‘pembaca’ PTM histon––yang secara khusus mengenali residu histon yang dimodifikasi melalui domain pengikatan modifikasinya. Rekrutmen protein ini pada lokus genomik spesifik mendorong proses kromatin kunci, seperti regulasi transkripsi dan perbaikan kerusakan DNA. Kedua, beberapa PTM histon, seperti asetilasi, secara langsung memengaruhi struktur dan pemadatan tingkat tinggi kromatin, sehingga mengontrol aksesibilitas kromatin ke mesin protein seperti yang terlibat dalam transkripsi. Kromatin dapat mengadopsi salah satu dari dua keadaan utama dengan cara yang dapat dipertukarkan. Negara-negara bagian ini adalah heterokromatin dan eukromatin. Heterokromatin adalah bentuk kompak yang tahan terhadap pengikatan berbagai protein, seperti mesin transkripsi. Sebaliknya, eukromatin adalah bentuk kromatin santai yang terbuka untuk modifikasi dan proses transkripsi (Gbr. 13.20). Metilasi histon mempromosikan pembentukan Heterokromatin sedangkan, asetilasi histon mempromosikan eukromatin.

Gambar 13.20 Gambar skema metilasi histone dan asetilasi dalam kaitannya dengan remodeling kromatin. Penambahan gugus metil ke ekor protein inti histon mengarah ke metilasi histon, yang pada gilirannya mengarah pada adopsi keadaan kromatin terkondensasi yang disebut 'heterokromatin.' Heterokromatin memblokir mesin transkripsi agar tidak mengikat DNA dan menghasilkan represi transkripsi. Penambahan gugus asetil ke residu lisin di ujung N-terminal histon menyebabkan asetilasi histon, yang mengarah pada adopsi keadaan santai kromatin yang disebut 'eukromatin'. Dalam keadaan ini, faktor transkripsi dan protein lain dapat mengikat DNA mereka. situs pengikatan dan lanjutkan dengan transkripsi aktif.

Pemodelan ulang kromatin juga dapat menjadi proses yang bergantung pada ATP dan melibatkan pengeluaran dimer histon, pengeluaran nukleosom penuh, geseran nukleosom, dan pertukaran varian histon (Gambar 13.21). Kompleks remodeling chr omatin yang bergantung pada ATP mengikat inti nukleosom dan DNA sekitarnya, dan, dengan menggunakan energi dari hidrolisis A TP, mereka mengganggu interaksi DNA-histone, menggeser atau mengeluarkan nukleosom, mengubah struktur nukleosom, dan memodulasi akses faktor transkripsi ke DNA (Gambar 13.21). Selain memodulasi ekspresi gen, beberapa kompleks terlibat dalam perakitan dan organisasi nukleosom, mengikuti transkripsi di lokasi di mana nukleosom telah dikeluarkan, pengemasan DNA, mengikuti replikasi dan perbaikan DNA.

Gambar 13.21 Ikhtisar fungsi kompleks remodeling kromatin yang bergantung pada ATP. (A) Sebuah subset dari kompleks ISWI dan CHD terlibat dalam perakitan nukleosom, pematangan, dan jarak. (B) Kompleks SWI / SNF terutama terlibat dalam ejeksi dimer histone, ejeksi nukleosom, dan reposisi nukleosom melalui geser, sehingga memodulasi akses kromatin. (C) Kompleks INO80 terlibat dalam pertukaran histon. Perlu dicatat bahwa kompleks mungkin terlibat dalam fungsi remodeling kromatin lainnya.

Tingkat regulasi kromatin lainnya dicapai dengan pertukaran dinamis histon kanonik dengan varian histon tertentu. Varian histon adalah isoform non-alel dari histon kanonik yang berbeda dalam urutan primer dan sifat fungsionalnya. Misalnya, varian histon H3.3 telah ditemukan secara progresif terakumulasi di berbagai jaringan somatik tikus seiring bertambahnya usia, menghasilkan penggantian bentuk iso kanonik H3.1/2 yang hampir lengkap pada usia 18 bulan. Penghapusan H3,3 pada tikus mematikan dan pada lalat buah, Drosophila, menyebabkan kemandulan. Di dalam nematoda, C. elegan, hilangnya H3.3 menunjukkan fenotipe ‘bagging’ yang signifikan yang melibatkan penetasan telur di dalam tubuh hewan. Lebih lanjut, pada organisme yang mengalami defisiensi pensinyalan insulin, hilangnya H3.3 menyebabkan penurunan umur (walaupun fenotipe ini tidak diamati pada hewan dengan jalur pensinyalan insulin tipe liar) (Gbr. 13.22). H3.3 juga tampak terakumulasi seiring bertambahnya usia pada manusia, dan akumulasinya sering tidak ada pada sel tumor. Secara keseluruhan, penggantian varian histone dikaitkan dengan perubahan modifikasi pasca translasi (seperti metilasi), dan memiliki banyak efek pada struktur kromosom secara keseluruhan.

Gambar 13.22 Pengaruh Varian Histon H3.3 pada C. elegan Masa hidup. Ekspresi H3.3 meningkat dari waktu ke waktu dalam C. elegan selama umur normal mereka. Pada organisme dengan gangguan pensinyalan Inulin/IGF-1, defisiensi germline H3.3 mengakibatkan penurunan umur yang signifikan.

13.3 Interaksi Protein-DNA

Protein menggunakan berbagai motif struktural pengikatan DNA, seperti homeodomain (HD), helix-turn-helix (HTH), dan kotak grup mobilitas tinggi (HMG) untuk mengenali DNA. HTH adalah motif pengikatan yang paling umum dan dapat ditemukan pada beberapa protein represor dan aktivator (Gbr. 13.23). Terlepas dari keragaman strukturalnya, domain ini berpartisipasi dalam berbagai fungsi yang mencakup bertindak sebagai mediator interaksi substrat, enzim untuk mengoperasikan DNA, dan regulator transkripsi. Beberapa protein juga mengandung segmen fleksibel di luar domain pengikatan DNA untuk memfasilitasi interaksi spesifik dan non-spesifik. Misalnya, banyak protein HD menggunakan lengan terminal-N dan daerah penghubung untuk berinteraksi dengan DNA. Data Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) menunjukkan bahwa sekitar 99,8% motif pengikatan diduga TF tidak terikat oleh TF masing-masing dalam genom. Oleh karena itu, jelas bahwa kehadiran motif pengikatan tunggal per TF tidak memadai untuk pengikatan TF.

Gambar 13.23 Angka representatif dari domain pengikatan faktor transkripsi. Gambar tersebut menunjukkan struktur kristal dari berbagai jenis domain TF (3l1p, 4m9e, 5d5v, 1lbg, 1gt0, dan 1nkp). Struktur diperoleh dari Protein Data Bank (PDB) dan digambar ulang menggunakan chimera. Domain masing-masing dan wilayah penting telah diberi label. HTH adalah singkatan dari helix-turn-helix domain. bHLH adalah singkatan dari basic helix-loop-helix motif. HD dan HMG masing-masing mewakili homeodomain dan domain kotak grup mobilitas tinggi.

Sebagian besar studi mekanisme pencarian yang mencoba menentukan bagaimana TF menemukan situs pengikatannya terbatas pada kompleks DNA-protein telanjang, yang tidak mencerminkan lingkungan sel yang penuh sesak yang sebenarnya. Studi dengan DNA telanjang dan faktor transkripsi telah menunjukkan bahwa banyak protein pengikat DNA melakukan perjalanan jarak jauh dengan difusi 1D. Namun, proses pencarian eukariota harus terjadi dengan adanya kromatin, yang memiliki kemampuan untuk menghambat mobilitas protein. Dalam hal ini, protein harus berdisosiasi dari DNA, memasuki mode difusi 3D, dan melanjutkan proses pencarian situs target.

Mekanisme perpindahan geser dan intersegmental dapat dijelaskan melalui contoh lac penekan. NS lac represor mengandung 4 monomer identik (dimer dimer) untuk pengikatan DNA-nya. Urutan pengikatan dimer ini adalah simetris atau pseudo-simetris, dan setiap setengahnya diidentifikasi oleh monomer identik ini. Domain HTH dari lac represor adalah domain pengikatan DNA yang memfasilitasi interaksi dengan situs targetnya pada DNA (Gbr. 13.24). Sebagai hasil dari pencarian cepat (geser) sepanjang molekul DNA dan transfer intersegmental antara urutan DNA yang jauh, penekan laktosa menemukan situs targetnya lebih cepat daripada batas difusi. Bagian yang terdiri antara residu 1–46 dari domain protein HTH, yang dicirikan oleh tiga -heliks, mempertahankan struktur sekundernya melalui pengikatan spesifik dan non-spesifik (Gambar 13.24). Ketika represor mengikat ke situs non-spesifik, domain HTH berinteraksi dengan tulang punggung DNA dan mempertahankan interaksi dengan wilayah heliksnya di penjajaran alur utama. Susunan ini memfasilitasi interaksi heliks pengenalan dengan tepi basa DNA, memungkinkan penekan untuk berjalan atau mencari situs spesifiknya pada DNA. Residu C-terminal dari domain pengikatan DNA, residu 47–62, membentuk daerah engsel, dan biasanya tidak teratur selama pengenalan non-spesifik Namun, selama pengenalan situs spesifik, residu 50–58 memperoleh konfigurasi -helix (engsel heliks) (Gbr. 13.24). Daerah engsel yang tidak teratur dan fleksibilitas domain HTH memungkinkan protein bergerak bebas di sepanjang DNA untuk mencari situs targetnya. Dalam kompleks pengikatan tertentu, heliks engsel dari setiap monomer terletak di pusat simetris dari situs pengikatan, sehingga menyebabkan heliks engsel berinteraksi satu sama lain (transfer intersegmental) untuk memungkinkan stabilitas yang lebih baik. Selain itu, DNA menekuk di pusat simetris dari situs pengikatan spesifik (sudut 37°), sehingga mendukung interaksi monomer-monomer (Gambar 13.24).

Gambar 13.24. Motif Helix-Turn-Helix dari Lac Repressor. Lac repressor mengikat DNA secara non-spesifik, memungkinkannya meluncur dengan cepat di sepanjang heliks ganda DNA sampai bertemu dengan urutan operator lac. Domain pengikatan DNA menggunakan motif helix-turn-helix (HTH) ( Heliks Alfa , Ternyata ). Selama pengikatan non-spesifik, daerah engsel tidak teratur. NS DNA heliks ganda digambarkan sebagai lurus dalam model ketika Lac Repressor mengikat non-spesifik. Setelah mengenali urutan operator tertentu, pengikatan non-spesifik berubah menjadi pengikatan spesifik. Selama konversi ini, daerah engsel berubah dari loop yang tidak teratur menjadi Heliks Alfa , yang mengikat alur kecil DNA. Seperti dijelaskan di bawah, pengikatan ini menstabilkan a tertekuk (“bengkok”) DNA heliks ganda konformasi.

Selain struktur helix-turn-helix, motif jari seng juga sangat umum, terutama pada TF eukariotik (Gbr. 13.25). Protein yang mengandung zinc finger (protein jari seng) diklasifikasikan ke dalam beberapa keluarga struktural yang berbeda. Tidak seperti banyak struktur supersekunder lainnya yang jelas seperti kunci Yunani atau jepit rambut , ada sejumlah jenis jari seng, masing-masing dengan arsitektur tiga dimensi yang unik. Kelas protein jari seng tertentu ditentukan oleh struktur tiga dimensi ini, tetapi juga dapat dikenali berdasarkan struktur utama protein atau identitas ligan yang mengoordinasikan ion seng. Terlepas dari berbagai macam protein ini, bagaimanapun, sebagian besar biasanya berfungsi sebagai modul interaksi yang mengikat DNA, RNA, protein, atau molekul kecil lainnya yang berguna, dan variasi dalam struktur berfungsi terutama untuk mengubah spesifisitas pengikatan protein tertentu. . Jenis motif jari seng yang paling umum menggunakan dua Cys dan dua residu His (CCHH) yang mengkoordinasikan ion Zn(II) untuk mengadopsi lipatan dengan tiga residu hidrofobik yang bertanggung jawab untuk pembentukan inti hidrofobik kecil yang menawarkan stabilisasi tambahan dari seng. domain jari (Gbr. 13.25).

Gambar 13.25 Penjajaran urutan jari-jari seng CCHH dan struktur yang representatif. ( a ) Penyelarasan domain jari seng seperti TFIIIA dari organisme yang berbeda. Warna hijau menunjukkan residu yang bertanggung jawab atas pembentukan inti hidrofobik di sebagian besar jari seng CCHH (L17, F11 dan L2). Kuning dan biru masing-masing menunjukkan koordinat Cys dan residu-Nya. (b) Struktur 3D NMR dari ZF ke-15 dari protein jari seng 478 [PDB: 2YRH].

Secara keseluruhan, motif jari seng menunjukkan keserbagunaan yang cukup besar dalam mode pengikatan, bahkan di antara anggota kelas yang sama (misalnya, beberapa DNA mengikat, protein lainnya), menunjukkan bahwa mereka adalah perancah stabil yang telah mengembangkan fungsi khusus. Misalnya, protein yang mengandung jari seng berfungsi dalam transkripsi gen, terjemahan, perdagangan mRNA, organisasi sitoskeleton, pengembangan epitel, adhesi sel, pelipatan protein, remodeling kromatin, dan penginderaan seng, untuk menyebutkan beberapa. Motif pengikat seng adalah struktur yang stabil, dan motif tersebut jarang mengalami perubahan konformasi saat mengikat targetnya.

Domain pengikatan terakhir yang akan kita pertimbangkan secara rinci di sini adalah domain helix-loop-helix yang ditemukan dalam protein yang mengandung ritsleting Leusin. Secara khusus, bZIP (Resleting leusin wilayah dasar) adalah kelas faktor transkripsi eukariotik. Domain bZIP memiliki panjang 60 hingga 80 asam amino dengan wilayah dasar pengikatan DNA yang sangat terkonservasi dan wilayah dimerisasi ritsleting leusin yang lebih beragam. Kedua daerah membentuk struktur -heliks yang dihubungkan bersama melalui daerah melingkar. Ini membentuk struktur inti helix-loop-helix (HLH) dalam setiap monomer protein. Dua monomer kemudian bergabung melalui pembentukan sambungan ritsleting leusin membentuk struktur protein heterodimer. Heterodimer yang dihasilkan dapat berikatan dengan DNA dalam urutan spesifik melalui -heliks dasar (Gbr. 13.26).

Secara khusus, residu dasar, seperti lisin dan arginin, berinteraksi dalam alur utama DNA, membentuk interaksi urutan-spesifik (Gambar 13.26). Sebagian besar protein bZIP menunjukkan afinitas pengikatan yang tinggi untuk motif ACGT. Heterodimer bZIP ada dalam berbagai eukariota dan lebih umum pada organisme dengan kompleksitas evolusi yang lebih tinggi.

Gambar 13.26 Faktor Transkripsi Ritsleting Leusin dari keluarga bZIP. Subunit monomer dari protien bZIP heterodimerik mengandung struktur inti Helix-loop-Helix (HLH), di mana satu heliks membentuk ritsleting leusin dengan monomer lainnya, dan heliks dasar setiap monomer berinteraksi dengan alur utama DNA target. Heliks disatukan oleh daerah loop fleksibel. (Satu monomer ditampilkan dengan warna biru dan satu monomer ditampilkan dalam warna hijau).

13.4 Epigenetik dan Warisan Transgenerasi

Meskipun semua sel somatik dari organisme multiseluler memiliki genom yang sama, tipe sel yang berbeda memiliki transkriptom yang berbeda (kumpulan semua molekul RNA yang diekspresikan), proteom yang berbeda (kumpulan semua protein) dan, karenanya, fungsi yang berbeda. Diferensiasi sel selama perkembangan embrio memerlukan aktivasi dan represi set gen tertentu oleh aksi garis keturunan sel yang menentukan faktor transkripsi. Dalam garis keturunan sel, status aktivitas gen sering dipertahankan selama beberapa putaran pembelahan sel (fenomena yang disebut "memori seluler" atau "warisan seluler"). Sejak penemuan kembali epigenetik sekitar 30 tahun yang lalu (awalnya diusulkan oleh Conrad Hal Waddington pada awal 1940-an), pewarisan seluler telah dikaitkan dengan loop umpan balik pengaturan gen, modifikasi kromatin (metilasi DNA dan modifikasi histon) serta berumur panjang. molekul RNA non-coding, yang secara kolektif disebut “epigenom”. Di antara modifikasi kromatin yang berbeda, metilasi DNA dan pembungkaman yang dimediasi polycomb mungkin adalah yang paling stabil dan memberikan genom dengan kemampuan untuk memaksakan pembungkaman transkripsi urutan tertentu bahkan di hadapan semua faktor yang diperlukan untuk ekspresinya.

Mendefinisikan Warisan Epigenetik Transgenerasi

Metastabilitas epigenom menjelaskan mengapa perkembangan bersifat plastis dan terkanalisasi, seperti yang awalnya diusulkan oleh Waddington. Meskipun epigenetik hanya berurusan dengan pewarisan seluler dari kromatin dan keadaan ekspresi gen, telah diusulkan bahwa fitur epigenetik juga dapat ditularkan melalui germline dan bertahan pada generasi berikutnya. Ketertarikan yang meluas pada "warisan epigenetik transgenerasional" dipelihara oleh harapan bahwa mekanisme epigenetik dapat memberikan dasar untuk pewarisan sifat-sifat yang diperoleh. Ya, Lamarck tidak pernah mati dan sering mengangkat kepalanya, kali ini dengan bantuan epigenetik.

Meskipun sifat-sifat yang diperoleh mengenai fungsi tubuh atau otak dapat dituliskan dalam epigenom sel, sifat-sifat tersebut tidak dapat dengan mudah diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya. Agar hal ini terjadi, perubahan epigenetik ini harus bermanifestasi dalam sel germinal juga, yang pada mamalia dipisahkan dari sel somatik oleh apa yang disebut penghalang Weismann. Selanjutnya, kromatin secara ekstensif dibentuk kembali selama diferensiasi sel germinal serta selama perkembangan sel totipoten setelah pembuahan, meskipun beberapa lokus tampaknya lolos dari pemrograman ulang epigenetik di germline. Molekul RNA berumur panjang tampaknya kurang terpengaruh oleh hambatan ini dan karena itu lebih cenderung membawa informasi epigenetik lintas generasi, meskipun mekanismenya sebagian besar belum terpecahkan.

Bukti Warisan Epigenetik Transgenerasi

Dalam 10 tahun terakhir, banyak laporan tentang respons transgenerasional terhadap faktor lingkungan atau metabolisme pada tikus dan tikus telah diterbitkan. Faktor-faktor tersebut antara lain pengganggu endokrin, diet tinggi lemak, obesitas, diabetes, kurang gizi serta trauma. Studi-studi ini menyelidiki metilasi DNA, RNA sperma atau keduanya. Misalnya, ketika tikus jantan dibuat pradiabetes dengan pengobatan dengan streptozotocin, hal itu mempengaruhi pola metilasi DNA dalam sperma yang dihasilkan, serta pulau F1 dan F2 pankreas dari keturunan yang dihasilkan. Lebih lanjut, penelitian telah menunjukkan bahwa stres traumatis di awal kehidupan mengubah proses perilaku dan metabolisme dalam keturunan dan bahwa injeksi RNA sperma dari laki-laki yang trauma ke dalam oosit tipe liar yang dibuahi mereproduksi perubahan pada keturunan yang dihasilkan.

Pada manusia, studi epidemiologi telah menghubungkan suplai makanan pada generasi kakek-nenek dengan hasil kesehatan pada cucu. Sebuah studi tidak langsung berdasarkan metilasi DNA dan analisis polimorfisme telah menyarankan bahwa cacat pencetakan sporadis pada sindrom Prader-Willi disebabkan oleh pewarisan jejak metilasi nenek melalui germline laki-laki. Karena keunikan kelompok manusia ini, temuan ini masih menunggu replikasi independen. Sebagian besar kasus pemisahan pola metilasi DNA abnormal dalam keluarga dengan penyakit langka, bagaimanapun, ternyata disebabkan oleh varian genetik yang mendasarinya. Dengan demikian, penting bahwa studi tentang sifat ini mengesampingkan efek warisan genetik tradisional sebagai faktor fenotipe yang diamati.

Warisan genetik saja tidak dapat sepenuhnya menjelaskan mengapa kita mirip dengan orang tua kita. Selain gen, kita mewarisi lingkungan dan budaya dari orang tua kita, yang sebagian telah dibangun oleh generasi sebelumnya (Gbr. 13.27). Bentuk khusus dari lingkungan adalah rahim ibu kita, tempat kita terpapar selama 9 bulan pertama kehidupan kita. Lingkungan ibu dapat memiliki efek jangka panjang pada kesehatan kita. Di musim dingin kelaparan Belanda, misalnya, kekurangan gizi yang parah mempengaruhi wanita hamil, keturunan mereka yang belum lahir, dan sel benih janin. Peningkatan insiden penyakit kardiovaskular dan metabolik yang diamati pada orang dewasa F1, bukan karena transmisi informasi epigenetik melalui garis germinal ibu, tetapi akibat langsung dari paparan dalam rahim, sebuah fenomena yang disebut "pemrograman janin" atau—jika sel germinal janin dan keturunan F2 terpengaruh—“warisan antargenerasi”.

Gambar 13.27. Sistem pewarisan lintas generasi. A Keturunan mewarisi dari gen orang tuanya (hitam), lingkungan (hijau) dan budaya (biru). Gen dan lingkungan mempengaruhi epigenom (magenta) dan fenotipe 22 . Kultur juga mempengaruhi fenotipe, tetapi saat ini tidak ada bukti untuk efek langsung kultur pada epigenom (garis biru putus-putus). Ini adalah bahan perdebatan, berapa banyak informasi epigenetik yang diwarisi melalui germline (garis magenta terputus). varian genetik G, varian epigenetik E. B Sebuah epimutasi (metilasi promotor dan pembungkaman gen B dalam contoh ini) sering dihasilkan dari transkripsi pembacaan yang menyimpang dari gen tetangga mutan, baik dalam orientasi indra seperti yang ditunjukkan di sini atau dalam orientasi antisense. Kehadiran epimutasi sekunder seperti itu dalam beberapa generasi keluarga meniru pewarisan epigenetik transgenerasi, meskipun sebenarnya mewakili pewarisan genetik. Panah hitam, bilah vertikal hitam transkripsi, sinyal penghentian transkripsi panah rusak, transkripsi baca-tayang


Epigenetik dan regulasi transkripsi selama diversifikasi eukariotik: kisah TFIID

Faktor transkripsi basal TFIID adalah pusat untuk transkripsi yang bergantung pada RNA polimerase II. TFIID manusia diberkahi dengan pembaca kromatin dan domain pengikatan DNA dan permukaan interaksi protein. Empat belas subunit TFIID TATA-binding protein (TBP)-associated factor (TAF) berkumpul menjadi holokompleks, yang berbagi subunit dengan koaktivator Spt-Ada-Gcn5-acetyltransferase (SAGA). Di sini, kami membahas evolusi struktural dan fungsional TFIID dan perbedaannya dari SAGA. Analisis pohon dan domain ortologis kami mengungkapkan keuntungan dan kerugian dinamis dari pembaca epigenetik, fungsi khusus tanaman dari TAF1 dan TAF4, pengulangan seperti HEAT2 di TAF2, dan, yang penting, asal pra-LECA dari TFIID dan SAGA. Evolusi TFIID mencontohkan plastisitas dinamis dalam kompleks transkripsi dalam garis keturunan eukariotik.

Kata kunci: SAGA TFIID analisis filogenetik transkripsi basal.

© 2019 Antonova dkk. Diterbitkan oleh Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Angka

Variasi struktural antara manusia (h)…

Variasi struktural antara kompleks TFIID dan SAGA manusia (h) dan ragi (y). Bersama…

Sejarah evolusioner TAF1 yang disimpulkan…

Sejarah evolusioner TAF1 dan TAF2 yang disimpulkan. ( A ) TAF1 digandakan…

Sejarah evolusioner TAF3 yang disimpulkan,…

Sejarah evolusioner yang disimpulkan dari TAF3, TAF8, dan SPT7. ( A ) TAF3 muncul…

Sejarah evolusi kerabat…

Sejarah evolusi subunit TFIID relatif tidak berubah. ( A ) TAF5 digandakan…

Sejarah evolusioner TAF4/Ada1 yang disimpulkan…

Riwayat evolusioner TAF4/Ada1 yang disimpulkan dan mitra TAF12 HF. ( A )…

Sejarah evolusioner yang disimpulkan dari TAF11/TAF13/SPT3.…

Sejarah evolusioner yang disimpulkan dari TAF11/TAF13/SPT3. ( A ) SPT3 adalah protein leluhur…

Model divergensi evolusi TFIID dan SAGA dari pra-LECA hingga jamur dan metazoa…


Interaksi antara organisasi genom dan perubahan epigenomik DNA pericentromeric pada kanker

Dalam biologi genom eukariotik, organisasi genom di dalam nukleus tiga dimensi (3D) sangat kompleks, dan apakah organisasi ini mengatur ekspresi gen masih kurang dipahami. Lamina inti (NL) adalah anyaman filamen protein yang ada pada lapisan membran inti bagian dalam yang berfungsi sebagai platform penahan untuk organisasi genom. Domain kromatin besar yang disebut sebagai domain terkait lamina (LAD), memainkan peran utama dalam membungkam gen di pinggiran nuklir. Interaksi NL dan genom bersifat dinamis dan stokastik. Lebih jauh, banyak gen mengubah posisinya selama proses perkembangan atau dalam kondisi penyakit seperti kanker untuk mengaktifkan jenis gen tertentu dan/atau membungkam gen lainnya. Heterokromatin pericentromeric (PCH) sebagian besar berada di wilayah yang dibungkam dalam genom, yang terlokalisasi di pinggiran nuklir. Studi menunjukkan bahwa beberapa gen yang terletak di PCH diekspresikan secara menyimpang pada kanker. Pertanyaan yang menarik adalah bahwa meskipun terlokalisasi di wilayah pericentromeric, bagaimana gen ini masih dapat mengatasi represi pericentromeric. Meskipun mekanisme epigenetik mengontrol ekspresi wilayah pericentromeric, studi terbaru tentang organisasi genom dan interaksi lamina genom-nuklir telah menjelaskan aspek baru regulasi gen pericentromeric melalui interaksi yang kompleks dan terkoordinasi antara remodeling epigenomik dan organisasi genomik pada kanker.

Kata kunci: Kanker Epigenetika Regulasi gen Organisasi genom Heterochromatin LADs Pericentromer.

Hak Cipta © 2021 Institut Genetika dan Biologi Perkembangan, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan Masyarakat Genetika Tiongkok. Diterbitkan oleh Elsevier Ltd. Semua hak dilindungi undang-undang.


V. POTENSI TARGET BARU UNTUK TERAPI

Pada osteosarkoma dan tumor padat lainnya dengan tingkat metastasis yang tinggi, target terapi yang mungkin paling meningkatkan hasil pasien telah diakui sebagai target perkembangan metastasis dan, dengan demikian, mungkin tidak memiliki aktivitas substansial pada tumor primer yang dapat diukur. Lebih lanjut, fakta bahwa lesi osteosarcoma berhubungan dengan stroma tulang yang kaya yang mungkin tidak segera mengalami regresi bersamaan dengan respon tumor terhadap terapi memperumit penggunaan konvensional respon tumor untuk mengidentifikasi agen yang mungkin aktif dalam osteosarcoma. Untuk kedua alasan ini, obat-obatan dengan potensi kemanjuran klinis mungkin cukup gagal untuk menunjukkan aktivitas dalam uji klinis fase II standar, yang mengandalkan penyusutan tumor primer sebagai metrik kunci dari respons terapeutik. Mengingat hal ini, komunitas pengembangan obat osteosarkoma baru-baru ini menguraikan jenis data praklinis yang harus diprioritaskan sebagai agen terapi baru yang dipertimbangkan untuk dimasukkan dalam pengobatan pasien dengan osteosarkoma sebagai sarana untuk mencegah perkembangan metastasis, menyadari bahwa data respons pada pasien manusia mungkin tidak tersedia. 206 Untuk membantu menilai kegunaan klinis potensial dari agen terapeutik baru, model/alat penting disediakan oleh anjing peliharaan yang mengembangkan osteosarkoma. Memang, penelitian anjing dengan osteosarcoma sekarang sedang dilakukan untuk menentukan aktivitas agen dengan janji terbesar untuk meningkatkan hasil bagi pasien. Sumber tambahan yang tersedia untuk komunitas penelitian praklinis/klinis osteosarkoma adalah data yang dihasilkan oleh Program Pengujian Praklinis Pediatrik, sebuah program untuk secara sistematis mengevaluasi agen baru terhadap leukemia masa kanak-kanak dan model tumor padat (termasuk osteosarkoma). Data Program Pengujian Praklinis Anak tersedia untuk umum secara online (http://pptp.nchresearch.org/).

Tabel 1 menyajikan daftar agen terapeutik yang mungkin cukup dipertimbangkan untuk meningkatkan hasil pengobatan untuk pasien dengan osteosarcoma. Agen-agen ini dipilih untuk dimasukkan berdasarkan spesifisitas mereka untuk menargetkan perubahan genetik dan epigenetik yang diidentifikasi dalam osteosarcoma dan disajikan dalam artikel ini, untuk menargetkan jalur osteosarcoma kunci lainnya, atau untuk janji mereka dalam studi praklinis dan klinis. Untuk setiap agen yang terdaftar, ukuran subjektif dari kekuatan bukti (berdasarkan penilaian kami) disertakan.

TABEL 1

Calon Agen Terapi Osteosarcoma

AgenTargetMekanisme dari
Tindakan
Praklinis/Klinis
Alasan
Kekuatan dari
Bukti *
Kemoterapi
dan molekul kecil
penghambat
Gemcitabine,
aerosol
Kemoterapi
agen Fas
pirimidin
antimetabolit
mengatur Fas
ekspresi
Metastasis terhambat di
osteosarcoma xenograft
model 207 efek
dihapuskan di
Tikus yang kekurangan FasL 157
Medium-
tinggi
RG7388MDM2Molekul kecil
penghambat
p53–MDM2
interaksi
Bukti untuk
disregulasi
p53/Mdm2 di sebagian besar
osteosarcoma (lihat teks)
menghambat osteosarkoma
pertumbuhan tumor di
model xenograft 208
Medium-
tinggi
PF-2341066bertemuMolekul kecil,
ATP-kompetitif
bertemu inhibitor
Bukti untuk
ekspresi berlebihan dalam
jaringan osteosarcoma
ekspresi berlebihan terkait dengan
biologi metastase
tumor primer berkurang
pertumbuhan dan metastasis di
model xenograft 209
Medium-
tinggi
NSC305787
NSC668394
EzrinProtein–protein
penghambat interaksi,
kinase spesifik
penghambat
Ekspresi terkait
dengan kurang menguntungkan
hasil 210 knockdown
menghambat metastasis
model xenograft 210
inhibitor molekul kecil
mengurangi invasif
fenotipe in vitro 211
Medium
Vismodegib
(GDC-0449)
Landak (HH)
jalan
Reseptor yang dihaluskan
(SMO) antagonis
Peran yang diketahui dalam sel induk
diferensiasi selama
tulang normal
pengembangan peran yang diketahui
dalam metastasis di lain
jalur kanker 212
penghambatan menghambat tumor
pertumbuhan xenograft
model 213 disetujui FDA
untuk pengobatan lainnya
kanker 214
Medium
Saracatinib
(AZD0530)
SrcSelektif Src kinase
penghambat
Penurunan motilitas sel di
vitro, tidak ada pengurangan
metastasis pada tikus
model 215 fase II.5
uji klinis sedang berlangsung
(www.clincaltrials.gov
pengenal <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT00752206","term_id":"NCT00752206">> NCT00752206)
Medium-
rendah
RapamisinmTORMolekul kecil
penghambat
Jalur sinyal aktif
dalam osteosarkoma
ekspresi jaringan 216
berkorelasi dengan metastasis
dan kelangsungan hidup 216 saat ini
dalam uji klinis pada anjing
(COTC020) dicegah
metastasis di xenograft
model 217
Medium
Imun
modulator dan
konjugat antibodi
hu14.18K322AGD2Anti-GD2 yang manusiawi
antibodi
Diekspresikan di mana-mana dalam
garis sel osteosarcoma
dan tisu 218 saat ini
sedang diuji di fase I
uji klinis di
osteosarkoma
(www.clinicaltrials.gov
pengenal <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT00743496","term_id":"NCT00743496">> NCT00743496)
Medium-
rendah
ADXS31-164Her2/neuVaksinEkspresi dalam
tumor osteosarcoma adalah
berhubungan dengan miskin
hasil kelangsungan hidup 219,220
imunoterapi yang ditargetkan
mengurangi pemicu tumor
sel 221 saat ini di anjing
uji klinis (www.petcancerinformation.com)
Medium
Glembatumumab
vedotin (CDX-011)
GPNMBAntibodi𠄺uristatin
mengkonjugasikan
Diekspresikan secara bervariasi pada
permukaan osteosarkoma
xenografts 222 signifikan
perbaikan dalam
kelangsungan hidup bebas acara di
osteosarcoma xenograft
model 222
Medium
Epigenetik
modulator
5-aza-CdR
(decitabine)
CREG1, p14ARF,
p21, RASSF1
DNMTiBanyak gen
terkait dengan promotor
hipermetilasi di
osteosarcoma (lihat teks)
uji klinis fase I
selesai 222 dan
sedang berlangsung
(www.clinicaltrials.gov
pengenal <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01241162","term_id":"NCT01241162">> NCT01241162)
Medium-
rendah
IbandronatRas, DNMT, FasBifosfonat
mengatur Fas
Menghambat fungsi Ras
dan diturunkan regulasi
DNMT, yang mengarah ke
peningkatan Fas
ekspresi 160 diinduksi
apoptosis in vitro 160
Rendah
ZolendronateGTPase kecilBifosfonat
menurunkan regulasi VEGF
Paru-paru tertekan
metastasis dan memanjang
kelangsungan hidup secara keseluruhan pada tikus
model 224.225 fase I
uji klinis selesai 226
Medium-
tinggi
tranylcypromineLSD1Bentuk dijumlahkan dengan
wilayah tidak aktif
LSD1
Dinyatakan dalam
jaringan osteosarcoma 172
osteosarkoma berkurang
pertumbuhan in vitro 172
Rendah
Pracinotat (SB939)HDACHDACiUji coba fase I selesai 227 Medium-
rendah
Erinostat (MS-275)HDAC, FasHDACi Fas
upregulasi
Meningkatkan regulasi Fas
ekspresi dalam Fa-
osteosarkoma metastatik
sel 228 disebabkan
regresi metastasis
dalam model xenograft
melalui upregulasi Fas
ekspresi dalam sel Fas 228
Medium
Asam valproatHDACHDACiMenghambat pertumbuhan in vitro
dan dalam xenograph
model metastasis di
kombinasi dengan
doksorubisin 229 fase I
uji klinis sedang berlangsung
(www.clinicaltrials.gov
pengenal
<"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01106872","term_id":"NCT01106872">> NCT01106872
<"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT01010958","term_id":"NCT01010958">> NCT01010958)
Medium-
tinggi

6. Regulasi Kromatin Epigenetik dan Perbaikan DNA: Interaksi Mematikan Sintetis dan Aplikasi Klinis

Seperti yang diilustrasikan, regulasi kromatin dan perbaikan DNA memiliki interaksi kompleks yang baru mulai kita pahami. Akibatnya, ada upaya substansial untuk menerjemahkan temuan ini untuk manfaat pasien, terutama pada kanker. Sebagian besar pilihan pengobatan kanker bergantung pada pembunuhan sel kanker melalui induksi kerusakan DNA secara langsung dengan kemoterapi atau iradiasi, atau secara tidak langsung melalui perbaikan DNA yang ditargetkan. Namun, toksisitas tinggi dan penyakit refrakter atau berulang sering terjadi, yang membutuhkan pilihan pengobatan baru dan pemilihan pasien yang lebih baik. Perubahan epigenomik dianggap memainkan peran penting dalam resistensi obat dengan berkontribusi pada plastisitas ekspresi gen dan heterogenitas tumor [177]. Selain itu, interaksi antara regulasi epigenetik dan perbaikan DNA dapat dimanfaatkan untuk mencapai respons terapeutik yang lebih besar, dengan interaksi mematikan yang sinergis dan sintetik. Dalam konteks ini, penghambatan kimiawi faktor epigenetik yang memodulasi DDR dan resistensi obat adalah jalan yang menjanjikan dan menarik untuk terapi antikanker (Gambar 4).

Menargetkan beberapa langkah resolusi kerusakan DNA mengarah pada pembunuhan sel yang efisien. Regulasi kromatin diperlukan untuk perbaikan DNA yang efisien. Jalur ini sering rusak pada kanker (tanda bintang *) dan dapat ditargetkan menggunakan inhibitor spesifik. Akibatnya, interaksi mematikan sintetis dapat dimanfaatkan dengan berbagai cara, yang bisa sangat menguntungkan dalam pengaturan klinis, di mana perubahan dalam pengobatan diperlukan.

Regulasi kromatin adalah proses yang kompleks, yang sering terganggu dengan berbagai cara di dalam sel kanker. Obat epigenetik yang menargetkan komponen regulasi kromatin, seperti inhibitor DNMT dan HDAC telah terbukti efektif secara klinis terutama pada keganasan hematopoietik yang sangat bergantung pada deregulasi epigenetik sel induk/progenitor [178]. Pada tumor padat, penggunaan luas obat epigenetik telah terbukti tidak efektif [179] dan hanya pendekatan yang ditargetkan seperti penggunaan EZH2 a dan inhibitor IDH pada pasien tertentu yang tampaknya menjanjikan [180].Sebuah sinopsis obat epigenetik saat ini digunakan di klinik ditunjukkan pada Tabel 2 . Perbaikan DNA juga sering terganggu pada kanker, dan beberapa pendekatan berdasarkan penargetan perbaikan DNA saat ini digunakan di klinik seperti yang ditinjau sebelumnya [181].

Meja 2

Obat epigenetik representatif yang digunakan di klinik.

Tipe InhibitorObat PerwakilanTargetStatusJenis Kanker
HDACvorinostatSemua HDACdisetujui FDALimfoma sel T
RomidepsinHDAC1-3disetujui FDALimfoma sel T
BelinostatSemua HDACdisetujui FDALimfoma sel T
PanobinostatSemua HDACdisetujui FDAMieloma multipel yang tahan api
BERTARUHOTX015/MK-8628BRD2/3/4fase 1bKarsinoma garis tengah NUT
I-BET762BRD2/3/5fase 1/2Karsinoma garis tengah NUT & kanker hematologis
DNMT5-azacitidineDNMTdisetujui FDAAML, MDS
DecitabineDNMTdisetujui FDAAML, MDS
hdmtranylcypromineLSD1fase 1AML
HMTtazemetostatEZH2fase 1/2Limfoma sel B
PinometostatDOT1Lfase 1Leukemia MLL-r

6.1. Inhibitor Epigenetik dalam Kombinasi dengan Kemoterapi/Radioterapi

Dalam konteks regulasi kromatin dan perbaikan DNA, pendekatan terapi yang paling dieksplorasi sejauh ini adalah kombinasi inhibitor epigenetik dengan agen kemoterapi. Kombinasi tersebut telah menunjukkan efek sinergis dalam model pra-klinis. Lebih khusus lagi, inhibitor HDAC telah terbukti menghambat jalur DDR/HR dan menyebabkan sensitivitas terhadap agen penginduksi kerusakan DNA di berbagai jenis sel [124]. Selain itu, inhibitor HDAC, DNMT, dan LSD1 terbukti melawan mekanisme resistensi epigenetik dan mengembalikan sensitivitas kemoterapi pada tumor padat [182.183.184]. Sejumlah uji klinis dilakukan untuk menilai kemanjuran kombinasi ini dalam pengobatan tumor padat lanjut dengan hasil yang beragam dalam hal respon pasien dan toksisitas, kemungkinan karena perbedaan antara rejimen dan kohort [185.186]. Kemungkinan bahwa pendekatan yang lebih bertarget akan lebih bermanfaat, seperti dalam konteks BRF1 atau EGFR yang membawa kanker paru-paru non-sel kecil mutan, di mana penghambatan EZH2 terbukti secara selektif membuat tumor ini peka terhadap penghambatan topoisomerase II [187].

Mengikuti alasan yang sama, inhibitor epigenetik juga dapat mempotensiasi radioterapi. Bukti praklinis telah menunjukkan sinergi antara radioterapi dan inhibitor HDAC [188.189], inhibitor BET [190], inhibitor EZH2 [191.192], dan inhibitor DNA methyltransferase [193]. Dari jumlah tersebut, hanya kombinasi inhibitor HDAC dan iradiasi yang sedang dievaluasi di klinik dan hasil awal menunjukkan toksisitas tinggi dan hanya manfaat pasien yang terbatas. Inhibitor DNA methyltransferase, seperti 5-azacytidine dan decitabine, adalah analog cytidine yang tergabung dalam DNA dan merupakan radiosensitizer yang kuat dalam semua konteks, jadi kombinasi ini tidak layak karena toksisitas yang tinggi. Optimalisasi rejimen dan dosis akan menjadi kunci untuk meningkatkan kemanjuran kombinasi obat ini di klinik.

6.2. Inhibitor Epigenetik dalam Kombinasi dengan Obat yang Menargetkan Komponen Perbaikan DNA

Pendekatan terapeutik lain untuk mengeksploitasi interaksi ini adalah dengan memanfaatkan interaksi mematikan sintetis. Seperti disebutkan di atas, inhibitor HDAC telah terbukti menghambat ekspresi gen perbaikan HR dan ini memberikan alasan untuk menggabungkan inhibitor HDAC dan PARP untuk mencapai pembunuhan tumor yang efektif [194.195]. Sinergisme tersebut telah diamati dalam model pra-klinis prostat, payudara, dan kanker ovarium [196.197.198.199]. Kemanjuran menggabungkan inhibitor HDAC dan PARP saat ini sedang dievaluasi di klinik ( <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT03742245","term_id":"NCT03742245">> NCT03742245 ). Efek serupa dalam ekspresi komponen HR juga diamati oleh penghambatan BET [200]. Studi pra-klinis telah menunjukkan sinergisme yang signifikan antara inhibitor BET dan PARP dalam berbagai jenis sel, termasuk kanker payudara dan ovarium [200.201.202.203], yang juga sedang dalam penilaian di klinik (NCT03991469). Kombinasi PARP dan DNA methyltransferase inhibitors juga menunjukkan aktivitas sinergis pada AML dan sel kanker payudara [204]. PARP1 dan DNMT1 terbukti berinteraksi selama perbaikan dan penghambatan simultan menyebabkan peningkatan perangkap PARP1 dan kerusakan DNA. Uji klinis sedang menyelidiki kemanjuran kombinasi ini pada pasien AML ( <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT02878785","term_id":"NCT02878785">> NCT02878785). Semua kombinasi di atas memungkinkan pemberian dosis rendah masing-masing obat, yang sangat penting untuk inhibitor HDAC dan DNMT, karena toksisitas tinggi telah menjadi faktor pembatas untuk aplikasi mereka. Seleksi dan rejimen pasien yang optimal akan sangat penting untuk keberhasilan uji coba ini dan uji coba di masa mendatang.

6.3. Menargetkan Perbaikan DNA pada Tumor dengan Perubahan Epigenetik

Cara lain untuk memanfaatkan interaksi antara perbaikan DNA dan epigenom adalah dengan menargetkan komponen perbaikan DNA dalam sel kanker dengan perubahan epigenomik tertentu. Contohnya adalah hilangnya H3K36me3 yang terjadi pada tumor dengan mutasi pada SETD2, metiltransferase yang menyimpan tanda ini, atau mutasi pada histon H3 yang menghambat pembentukan modifikasi ini (misalnya, H3K36me3), serta pada tumor yang mengekspres berlebihan demethylases KDM4A dan KDM4B [205.206]. Kejadian ini sering terjadi pada berbagai jenis kanker, termasuk karsinoma sel ginjal, kanker paru-paru dan glioma [207], dan telah dikaitkan dengan prognosis yang buruk [208]. H3K36me3 telah terlibat dalam banyak jalur perbaikan DNA termasuk HR, NHEJ, dan MMR [209]. Pfister dkk. mengidentifikasi ketergantungan tumor dengan H3K36me3 rendah ke pos pemeriksaan siklus sel, menjadikannya sensitif terhadap penghambatan WEE1, CHK, dan ATR [210]. Penemuan ini mengarah pada inisiasi uji klinis yang menilai penggunaan adavosertib inhibitor WEE1 pada tumor padat yang kekurangan SETD2 ( <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT03284385"," term_id":"NCT03284385">> NCT03284385). Berdasarkan peran H3K36me3 dalam aspek lain dari perbaikan DNA, akan menarik untuk memeriksa potensi interaksi mematikan sintetis lainnya pada tumor rendah H3K36me3 seperti penghambatan PARP.

Komponen lain dari regulasi kromatin yang telah terbukti terlibat aktif dalam jalur perbaikan DNA adalah subunit kompleks SWI/SNF, ARID1A. Pada tumor padat, faktor epigenetik ini sering bermutasi dan inaktivasinya telah dikaitkan dengan penyakit agresif [211.212]. Tumor yang kekurangan ARID1A terbukti memiliki cacat siklus sel karena perannya dalam respon kerusakan DNA dan regulasi pos pemeriksaan siklus sel [213.214]. Akibatnya, tumor ini ditemukan sensitif terhadap PARP dan ATR inhibitor. Sejumlah uji klinis sedang menyelidiki kemanjuran penargetan tumor defisiensi ARID1A dengan inhibitor ini pada pasien ( <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT04065269","term_id":" NCT04065269">> NCT04065269, <"type":"clinical-trial","attrs":<"text":"NCT03207347","term_id":"NCT03207347">> NCT03207347, <"type":"clinical-trial ","attrs":<"text":"NCT04042831","term_id":"NCT04042831">> NCT04042831).


79 Regulasi Ekspresi Gen

Pada akhir bagian ini, Anda akan dapat melakukan hal berikut:

  • Diskusikan mengapa setiap sel tidak mengekspresikan semua gennya sepanjang waktu
  • Jelaskan bagaimana regulasi gen prokariotik terjadi pada tingkat transkripsi?
  • Diskusikan bagaimana regulasi gen eukariotik terjadi pada tingkat epigenetik, transkripsi, pasca-transkripsi, translasi, dan pasca-translasi

Agar sel berfungsi dengan baik, protein yang diperlukan harus disintesis pada waktu dan tempat yang tepat. Semua sel mengontrol atau mengatur sintesis protein dari informasi yang dikodekan dalam DNA mereka. Proses pengaktifan gen untuk menghasilkan RNA dan protein disebut ekspresi gen. Baik dalam organisme uniseluler sederhana atau organisme multiseluler kompleks, setiap sel mengontrol kapan dan bagaimana gennya diekspresikan. Agar hal ini terjadi, harus ada mekanisme kimia internal yang mengontrol kapan gen diekspresikan untuk membuat RNA dan protein, berapa banyak protein yang dibuat, dan kapan saatnya berhenti membuat protein itu karena tidak lagi dibutuhkan.

Regulasi ekspresi gen menghemat energi dan ruang. Ini akan membutuhkan sejumlah besar energi bagi organisme untuk mengekspresikan setiap gen setiap saat, sehingga lebih hemat energi untuk mengaktifkan gen hanya ketika dibutuhkan. Selain itu, hanya mengekspresikan subset gen di setiap sel menghemat ruang karena DNA harus dilepaskan dari strukturnya yang melingkar rapat untuk menyalin dan menerjemahkan DNA. Sel akan menjadi sangat besar jika setiap protein diekspresikan dalam setiap sel sepanjang waktu.

Kontrol ekspresi gen sangat kompleks. Malfungsi dalam proses ini merugikan sel dan dapat menyebabkan perkembangan banyak penyakit, termasuk kanker.

Ekspresi Gen Prokariotik versus Eukariotik

Untuk memahami bagaimana ekspresi gen diatur, pertama-tama kita harus memahami bagaimana kode gen untuk protein fungsional dalam sel. Proses ini terjadi pada sel prokariotik dan eukariotik, hanya dengan cara yang sedikit berbeda.

Organisme prokariotik adalah organisme bersel tunggal yang tidak memiliki inti sel, dan oleh karena itu DNA mereka mengapung bebas di sitoplasma sel. Untuk mensintesis protein, proses transkripsi dan translasi terjadi hampir bersamaan. Ketika protein yang dihasilkan tidak lagi dibutuhkan, transkripsi berhenti. Akibatnya, metode utama untuk mengontrol jenis protein apa dan berapa banyak setiap protein yang diekspresikan dalam sel prokariotik adalah regulasi transkripsi DNA. Semua langkah selanjutnya terjadi secara otomatis. Ketika lebih banyak protein diperlukan, lebih banyak transkripsi terjadi. Oleh karena itu, dalam sel prokariotik, kontrol ekspresi gen sebagian besar pada tingkat transkripsi.

Sel eukariotik, sebaliknya, memiliki organel intraseluler yang menambah kompleksitasnya. Dalam sel eukariotik, DNA terkandung di dalam inti sel dan di sana ditranskripsi menjadi RNA. RNA yang baru disintesis kemudian diangkut keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma, di mana ribosom menerjemahkan RNA menjadi protein. Proses transkripsi dan translasi adalah terpisah secara fisik oleh membran nukleus transkripsi hanya terjadi di dalam nukleus, dan translasi hanya terjadi di luar nukleus di dalam sitoplasma. Regulasi ekspresi gen dapat terjadi pada semua tahap proses ((Gambar)). Regulasi dapat terjadi ketika DNA diurai dan dilonggarkan dari nukleosom untuk mengikat faktor transkripsi (tingkat epigenetik), ketika RNA ditranskripsi (tingkat transkripsi), ketika RNA diproses dan diekspor ke sitoplasma setelah ditranskripsi (tingkat pasca-transkripsi). ), ketika RNA diterjemahkan menjadi protein (tingkat translasi), atau setelah protein dibuat (tingkat pasca-translasi).


Perbedaan dalam regulasi ekspresi gen antara prokariota dan eukariota dirangkum dalam (Gambar). Regulasi ekspresi gen dibahas secara rinci dalam modul berikutnya.

Perbedaan Regulasi Ekspresi Gen Organisme Prokariotik dan Eukariotik
Organisme prokariotik Organisme eukariotik
Tidak memiliki nukleus yang terikat membran Mengandung nukleus
DNA ditemukan di sitoplasma DNA terbatas pada kompartemen nuklir
Transkripsi RNA dan pembentukan protein terjadi hampir bersamaan Transkripsi RNA terjadi sebelum pembentukan protein, dan itu terjadi di nukleus. Translasi RNA menjadi protein terjadi di sitoplasma.
Ekspresi gen diatur terutama pada tingkat transkripsi Ekspresi gen diatur pada banyak tingkatan (epigenetik, transkripsi, bolak-balik nuklir, pasca-transkripsi, translasi, dan pasca-translasi)

Sel prokariotik hanya dapat mengatur ekspresi gen dengan mengontrol jumlah transkripsi. Ketika sel eukariotik berevolusi, kompleksitas kontrol ekspresi gen meningkat. Misalnya, dengan evolusi sel eukariotik datang kompartementalisasi komponen seluler penting dan proses seluler. Sebuah wilayah nuklir yang berisi DNA terbentuk. Transkripsi dan translasi secara fisik dipisahkan menjadi dua kompartemen seluler yang berbeda. Oleh karena itu menjadi mungkin untuk mengontrol ekspresi gen dengan mengatur transkripsi dalam nukleus, dan juga dengan mengontrol tingkat RNA dan translasi protein yang ada di luar nukleus.

Sebagian besar regulasi gen dilakukan untuk melestarikan sumber daya sel. Namun, proses regulasi lainnya mungkin bersifat defensif. Proses seluler seperti dikembangkan untuk melindungi sel dari infeksi virus atau parasit. Jika sel dapat dengan cepat mematikan ekspresi gen untuk waktu yang singkat, ia akan mampu bertahan dari infeksi ketika organisme lain tidak bisa. Oleh karena itu, organisme mengembangkan proses baru yang membantunya bertahan hidup, dan mampu mewariskan perkembangan baru ini kepada keturunannya.

Ringkasan Bagian

Sementara semua sel somatik dalam suatu organisme mengandung DNA yang sama, tidak semua sel dalam organisme itu mengekspresikan protein yang sama. Organisme prokariotik mengekspresikan sebagian besar gen mereka hampir sepanjang waktu. Namun, beberapa gen diekspresikan hanya ketika dibutuhkan. Organisme eukariotik, di sisi lain, hanya mengekspresikan sebagian dari gen mereka dalam sel tertentu. Untuk mengekspresikan protein, DNA pertama-tama ditranskripsi menjadi RNA, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein, yang kemudian ditargetkan ke lokasi seluler tertentu. Pada sel prokariotik, transkripsi dan translasi terjadi hampir bersamaan. Pada sel eukariotik, transkripsi terjadi di nukleus dan terpisah dari translasi yang terjadi di sitoplasma. Ekspresi gen pada prokariota sebagian besar diatur pada tingkat transkripsi (beberapa regulasi epigenetik dan pasca-translasi juga ada), sedangkan pada sel eukariotik, ekspresi gen diatur pada tingkat epigenetik, transkripsi, pasca-transkripsi, translasi, dan pasca-translasi. .

Tinjau Pertanyaan

Kontrol ekspresi gen dalam sel eukariotik terjadi pada level mana?

  1. hanya tingkat transkripsi
  2. tingkat epigenetik dan transkripsi
  3. tingkat epigenetik, transkripsi, dan translasi
  4. tingkat epigenetik, transkripsi, pasca-transkripsi, translasi, dan pasca-translasi

Kontrol pasca-translasi mengacu pada:

  1. regulasi ekspresi gen setelah transkripsi
  2. regulasi ekspresi gen setelah terjemahan
  3. kontrol aktivasi epigenetik
  4. periode antara transkripsi dan translasi

Bagaimana regulasi ekspresi gen mendukung evolusi lanjutan dari organisme yang lebih kompleks?

  1. Sel dapat menjadi terspesialisasi dalam organisme multiseluler.
  2. Organisme dapat menghemat energi dan sumber daya.
  3. Sel tumbuh lebih besar untuk mengakomodasi produksi protein.
  4. Baik A maupun B

Pertanyaan Berpikir Kritis

Sebutkan dua perbedaan antara sel prokariotik dan eukariotik dan bagaimana perbedaan ini menguntungkan organisme multiseluler.

Sel eukariotik memiliki nukleus, sedangkan sel prokariotik tidak. Dalam sel eukariotik, DNA dibatasi dalam wilayah nuklir. Karena itu, transkripsi dan translasi dipisahkan secara fisik. Hal ini menciptakan mekanisme yang lebih kompleks untuk kontrol ekspresi gen yang menguntungkan organisme multiseluler karena mengkotak-kotakkan regulasi gen.

Ekspresi gen terjadi pada banyak tahap dalam sel eukariotik, sedangkan pada sel prokariotik, kontrol ekspresi gen hanya terjadi pada tingkat transkripsi. Hal ini memungkinkan kontrol ekspresi gen yang lebih besar pada eukariota dan sistem yang lebih kompleks untuk dikembangkan. Karena itu, berbagai jenis sel dapat muncul dalam organisme individu.

Jelaskan bagaimana mengendalikan ekspresi gen akan mengubah tingkat protein secara keseluruhan dalam sel.

Sel mengontrol protein mana yang diekspresikan dan pada tingkat berapa setiap protein diekspresikan dalam sel. Sel prokariotik mengubah tingkat transkripsi untuk mengaktifkan atau menonaktifkan gen. Cara ini akan meningkatkan atau menurunkan kadar protein sebagai respon terhadap apa yang dibutuhkan oleh sel. Sel eukariotik mengubah aksesibilitas (epigenetik), transkripsi, atau translasi gen. Ini akan mengubah jumlah RNA dan umur RNA untuk mengubah jumlah protein yang ada. Sel eukariotik juga mengontrol translasi protein untuk meningkatkan atau menurunkan tingkat keseluruhan. Organisme eukariotik jauh lebih kompleks dan dapat memanipulasi kadar protein dengan mengubah banyak tahapan dalam prosesnya.

Glosarium


Wawasan berbasis biologi struktural ke dalam pembacaan kombinatorial dan crosstalk di antara tanda epigenetik

Mekanisme epigenetik mengontrol regulasi gen dengan menulis, membaca, dan menghapus tanda epigenetik tertentu. Dalam konteks pendekatan multi-disiplin yang diterapkan untuk menyelidiki regulasi epigenetik dalam sistem yang beragam, teknik biologi struktural telah memberikan wawasan pada tingkat molekuler dari interaksi kunci antara regulator hulu dan efektor hilir. Upaya struktural awal yang berfokus pada studi di tingkat tanda domain-tunggal tunggal telah dengan cepat diperluas ke penelitian di tingkat tanda banyak domain-ganda, sehingga memberikan wawasan tambahan tentang koneksi dalam jaringan regulasi epigenetik yang rumit. Ulasan ini berfokus pada hasil terbaru dari studi struktural pada pembacaan kombinatorial dan crosstalk di antara tanda epigenetik. Ini dimulai dengan ikhtisar beberapa pembacaan tanda histone yang terkait dengan ekor histone tunggal dan ganda, serta potensi crosstalk di antara keduanya. Selanjutnya, ulasan ini lebih jauh memperluas pembacaan simultan oleh modul epigenetik histon dan tanda DNA, sehingga membangun hubungan antara metilasi histon lisin dan metilasi DNA pada tingkat nukleosom. Terakhir, review membahas peran tanda epigenetik yang sudah ada sebelumnya dalam mengarahkan penulisan/penghapusan tanda epigenetik tertentu. Artikel ini merupakan bagian dari Edisi Khusus berjudul: Mekanisme molekuler fungsi modifikasi histon.

Kata kunci: Pembacaan kombinatorial Metilasi DNA Regulasi epigenetik Modifikasi histon.

Hak Cipta © 2014 Elsevier B.V. Semua hak dilindungi undang-undang.

Angka

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen…

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen tanda histone dari satu ekor histone.…

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen…

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen dari beberapa ekor histone. (A) Pita-representasi dari…

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen…

Dasar struktural untuk pembacaan multivalen dari histone dan tanda DNA. (A) Domainnya…

Dasar struktural untuk pengakuan oleh…

Dasar struktural untuk pengenalan oleh enzim modifikasi histon yang diarahkan oleh modifikasi histon. (A) Representasi pita…


Tonton videonya: 9. Bölüm - Hastalıklar, Epigenetik Uzman Psikolog Betül Demirkıran (Oktober 2022).