Transkripsi (genetik)

Dalam genetika, transkripsi (bahasa Inggris: transcription) adalah pembuatan RNA terutama mRNA dengan menyalin sebagian berkas DNA oleh enzim RNA polimerase.[1] Proses transkripsi menghasilkan mRNA dari DNA di dalam sel yang menjadi langkah awal sintesis protein.[2] Transkripsi merupakan bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah "teks" DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timina di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

ProsesSunting

 
Diagram sederhana dari proses sintesis mRNA. Enzim tidak ditampilkan.

Transkripsi berlangsung di dalam inti sel atau di dalam matriks mitokondria dan plastida. Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanpa rangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya disebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah", house-keeping genes). Sementara itu, gen yang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gennya disebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter inti,[3] segmen gen yang berfungsi sebagai pencerap RNA polimerase[4] yang terletak di bagian hulu bagian yang akan disalin (disebut transcription unit), tidak jauh dari ujung 5' gen.[4] Promoter inti terdiri dari kotak TATA, kotak CCAAT dan kotak GC.[5]

Sebelum RNA polimerase dapat terikat pada promoter inti, faktor transkripsi TFIID akan membentuk kompleks dengan kotak TATA.[6] Inhibitor dapat mengikat pada kompleks TFIID-TATA dan mencegah terjadinya kompleks dengan faktor transkripsi lain, namun hal ini dapat dicegah dengan TFIIA yang membentuk kompleks DA-TATA. Setelah itu TFIIB dan TFIIF akan turut terikat membentuk kompleks DABF-TATA. Setelah itu RNA polimerase akan mengikat pada DABF-TATA, dan disusul dengan TFIIE, TFIIH dan TFIIJ.

Kompleks tersebut terjadi pada bagian kotak TATA yang terletak sekitar 10-25 pasangan basa di bagian hulu (upstream) dari kodon mulai (AUG). Adanya faktor transkripsi ini akan menarik enzim RNA polimerase mendekat ke DNA dan kemudian menempatkan diri pada tempat yang sesuai dengan kodon mulai (TAC pada berkas DNA). Berkas DNA yang ditempel oleh RNA polimerase disebut sebagai berkas templat, sementara berkas pasangannya disebut sebagai berkas kode (karena memiliki urutan basa yang sama dengan RNA yang dibuat). Pada awal transkripsi, enzim guaniltransferase menambahkan gugus m7Gppp pada ujung 5' untai pre-mRNA.[7] Sejumlah ATP diperlukan untuk membuat RNA polimerase mulai bergerak dari ujung 3' (ujung karboksil) berkas templat ke arah ujung 5' (ujung amino). pre-mRNA yang terbentuk dengan demikian berarah 5' → 3'. Pergerakan RNA polimerase akan berhenti apabila ia menemui urutan basa yang sesuai dengan kodon berhenti, dan deret AAUAAA akan ditambahkan pada pangkal 3' pre-mRNA.[7] Setelah proses selesai, RNA polimerase akan lepas dari DNA, sedangkan pre-mRNA akan teriris sekitar 20 bp dari deret AAUAAA dan sebuah enzim, poli(A) polimerase akan menambahkan deret antara 150 - 200 adenosina untuk membentuk pre-mRNA yang lengkap yang disebut mRNA primer.[7]

Tergantung intensitasnya, dalam satu berkas transcription unit sejumlah RNA polimerase dapat bekerja secara simultan. Intensitas transkripsi ditentukan oleh keadaan di sejumlah bagian tertentu pada DNA. Ada bagian yang disebut suppressor yang menekan intensitas, dan ada yang disebut enhancer yang memperkuatnya.

HasilSunting

Hasil transkripsi yaitu berkas RNA yang masih "mentah" yang disebut mRNA primer.[8] Di dalamnya terdapat fragmen berkas untuk protein yang mengatur dan membantu sintesis protein (translasi) selain fragmen untuk dilanjutkan dalam translasi sendiri, ditambah dengan bagian yang nantinya akan dipotong (intron). Berkas RNA ini selanjutnya akan mengalami proses yang disebut sebagai proses pascatranskripsi (post-transcriptional process).

Langkah utamaSunting

Transkripsi dibagi menjadi inisiasi, pelepasan promotor, perpanjangan, dan penghentian.[9]

InisiasiSunting

Transkripsi dimulai dengan pengikatan RNA polimerase, bersama dengan satu atau lebih faktor transkripsi umum, ke urutan DNA spesifik yang disebut sebagai "promotor" untuk membentuk "kompleks tertutup" RNA polimerase-promotor. Dalam "kompleks tertutup", DNA promotor masih sepenuhnya beruntai ganda.[10]

Perpanjangan (elongasi)Sunting

Satu untai DNA, untai cetakan (atau untai non-penyandi), digunakan sebagai cetakan untuk sintesis RNA. Saat transkripsi berlangsung, RNA polimerase melintasi untai cetakan dan menggunakan komplementaritas pasangan basa dengan cetakan DNA membentuk salinan RNA (yang memanjang selama traversal). Meskipun RNA polimerase melintasi untai cetakan dari 3' → 5', untai pengkode (non-templat) dan RNA yang baru terbentuk juga dapat digunakan sebagai titik referensi, sehingga transkripsi dapat digambarkan terjadi 5' → 3'. Ini menghasilkan molekul RNA dari 5' → 3', salinan persis dari untai pengkode (kecuali timin diganti dengan urasil, dan nukleotida terdiri dari gula ribosa 5-karbon).[11][12]

 
Diagram sederhana dari perpanjangan transkripsi.

Penghentian (terminasi)Sunting

Bakteri menggunakan dua strategi berbeda untuk terminasi transkripsi – terminasi tidak tergantung Rho dan terminasi tergantung Rho. Dalam penghentian tidak tergantung Rho, transkripsi RNA berhenti ketika molekul RNA yang baru disintesis membentuk loop jepit rambut kaya G-C diikuti dengan lepasnya U. Ketika jepit rambut terbentuk, tekanan mekanis memutuskan ikatan rU-dA yang lemah, mengisi hibrid DNA-RNA. Hal ini menarik transkrip poli-U keluar dari situs aktif RNA polimerase, dan mengakhiri transkripsi. Dalam terminasi tergantung Rho, faktor protein yang disebut "Rho" mengacaukan interaksi antara cetakan dan mRNA, sehingga melepaskan mRNA yang baru disintesis dari kompleks elongasi.[13]

Terminasi transkripsi pada eukariot kurang dipahami dengan baik dibandingkan pada bakteri, tetapi melibatkan pembelahan transkrip baru diikuti dengan penambahan adenin tidak tergantung cetakan pada ujung 3' yang baru, dalam proses yang disebut poliadenilasi.

Transkripsi terbalikSunting

 
Skema dari transkripsi terbalik.

Beberapa virus (seperti HIV, penyebab AIDS), memiliki kemampuan untuk mentranskripsi RNA menjadi DNA. HIV memiliki genom RNA yang ditranskripsi terbalik menjadi DNA. DNA yang dihasilkan dapat digabungkan dengan genom DNA sel inang. Enzim utama yang bertanggung jawab untuk sintesis DNA dari cetakan RNA disebut reverse transkriptase.

Dalam kasus HIV, reverse transkriptase bertanggung jawab untuk mensintesis untai DNA komplementer (cDNA) pada genom RNA virus. Enzim ribonuklease H kemudian memotong untai RNA, dan reverse transkriptase mensintesis untai komplementer DNA untuk membentuk struktur DNA heliks ganda ("cDNA"). cDNA diintegrasikan ke dalam genom sel inang oleh enzim integrase, yang menyebabkan sel inang menghasilkan protein virus yang berkumpul kembali menjadi partikel virus baru. Kemudian, sel inang yaitu limfosit T mengalami kematian sel terprogram (apoptosis).[14] Namun, pada retrovirus lain, sel inang tetap utuh saat virus keluar dari sel.

Beberapa sel eukariotik mengandung enzim dengan aktivitas transkripsi terbalik yang disebut telomerase. Telomerase adalah reverse transkriptase yang memperpanjang ujung kromosom linier. Telomerase membawa cetakan RNA dari mana ia mensintesis urutan berulang DNA, atau DNA "sampah". Urutan DNA yang berulang ini disebut telomer dan dapat dianggap sebagai "tutup" untuk kromosom. Ini penting karena setiap kali kromosom linier digandakan, itu dipersingkat. Dengan DNA "junk" atau "tutup" di ujung kromosom, pemendekan menghilangkan beberapa urutan berulang yang tidak esensial daripada urutan DNA penyandi protein, yang lebih jauh dari ujung kromosom.

Telomerase sering diaktifkan dalam sel kanker untuk memungkinkan sel kanker menduplikasi genom mereka tanpa kehilangan urutan DNA pengkode protein yang penting. Aktivasi telomerase bisa menjadi bagian dari proses yang memungkinkan sel kanker menjadi abadi. Faktor keabadian kanker melalui pemanjangan telomer karena telomerase telah terbukti terjadi pada 90% dari semua tumor karsinogenik in vivo dengan 10% sisanya menggunakan rute pemeliharaan telomer alternatif yang disebut pemanjangan alternatif telomer (alternative lengthening of telomeres, ALT).[15]

InhibitorSunting

Inhibitor transkripsi dapat digunakan sebagai antibiotik terhadap patogen, misal bakteri (antibakteri) dan jamur (antijamur). Contoh antibakteri tersebut adalah rifampisin, yang menghambat transkripsi DNA bakteri dengan menghambat RNA polimerase tergantung DNA dengan mengikat subunit beta-nya, sedangkan 8-hidroksikuinolin adalah penghambat transkripsi antijamur.[16][17] Efek metilasi histon juga dapat bekerja untuk menghambat transkripsi. Produk alami bioaktif yang kuat seperti triptolide yang menghambat transkripsi mamalia melalui penghambatan subunit XPB dari faktor transkripsi umum TFIIH baru-baru ini dilaporkan sebagai konjugat glukosa untuk menargetkan sel kanker hipoksia dengan peningkatan ekspresi transporter glukosa.[18]

Inhibitor endogenSunting

Pada vertebrata, sebagian besar promotor gen mengandung pulau CpG dengan banyak situs CpG.[19] Ketika banyak situs CpG promotor gen termetilasi, gen menjadi terhambat (dibungkam).[20] Kanker kolorektal biasanya memiliki 3 hingga 6 mutasi pengemudi dan 33 hingga 66 mutasi genetik hitchhiking atau penumpang.[21] Namun, penghambatan transkripsi (pembungkaman) mungkin lebih penting dalam menyebabkan perkembangan menjadi kanker (dibandingkan kejadian mutasi). Misalnya pada kanker kolorektal, sekitar 600 hingga 800 gen dihambat secara transkripsi oleh metilasi pulau CpG.[22][23] Penekanan transkripsional pada kanker juga dapat terjadi melalui mekanisme epigenetik lainnya, seperti perubahan ekspresi microRNA.[24] Pada kanker payudara, penekanan transkripsional BRCA1 dapat terjadi lebih sering oleh microRNA-182 yang diekspresikan secara berlebihan daripada oleh hipermetilasi promotor BRCA1.[25]

ReferensiSunting

  1. ^ (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Transcription and RNA polymerase. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  2. ^ Susilawati dan Bachtiar, N. (2018). Biologi Dasar Terintegrasi (PDF). Pekanbaru: Kreasi Edukasi. hlm. 153. ISBN 978-602-6879-99-8. 
  3. ^ (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Transcription: an overview of gene regulation in eukaryotes. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  4. ^ a b (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Glossary - Promoter. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  5. ^ (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Figure 11-25. The promoter region in higher eukaryotes. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  6. ^ (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Figure 11-29. Assembly of the RNA polymerase II initiation complex. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  7. ^ a b c (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Figure 10-15. Processing of primary transcript. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  8. ^ (Inggris) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis. University of British Columbia, University of California, Harvard University (edisi ke-7). W. H. Freeman. hlm. Eukaryotic RNA. ISBN 0-7167-3520-2. Diakses tanggal 2010-08-17. 
  9. ^ Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann AA, Levine M, Losick RM (2013). Molecular Biology of the Gene (edisi ke-7th). Pearson. 
  10. ^ Henderson, Kate L.; Felth, Lindsey C.; Molzahn, Cristen M.; Shkel, Irina; Wang, Si; Chhabra, Munish; Ruff, Emily F.; Bieter, Lauren; Kraft, Joseph E. (2017-04-11). "Mechanism of transcription initiation and promoter escape by E . coli RNA polymerase". Proceedings of the National Academy of Sciences (dalam bahasa Inggris). 114 (15): E3032–E3040. doi:10.1073/pnas.1618675114. ISSN 0027-8424. PMC 5393250 . PMID 28348246. 
  11. ^ Reines, D.; Conaway, R. C.; Conaway, J. W. (1999-06). "Mechanism and regulation of transcriptional elongation by RNA polymerase II". Current Opinion in Cell Biology. 11 (3): 342–346. doi:10.1016/S0955-0674(99)80047-7. ISSN 0955-0674. PMC 3371606 . PMID 10395562. 
  12. ^ Imashimizu, Masahiko; Shimamoto, Nobuo; Oshima, Taku; Kashlev, Mikhail (2014). "Transcription elongation. Heterogeneous tracking of RNA polymerase and its biological implications". Transcription. 5 (1): e28285. doi:10.4161/trns.28285. ISSN 2154-1272. PMC 4214235 . PMID 25764114. 
  13. ^ Banerjee, Sharmistha; Chalissery, Jisha; Bandey, Irfan; Sen, Ranjan (2006-02). "Rho-dependent transcription termination: more questions than answers". Journal of Microbiology (Seoul, Korea). 44 (1): 11–22. ISSN 1225-8873. PMC 1838574 . PMID 16554712. 
  14. ^ Cummins, N. W.; Badley, A. D. (2010-11-11). "Mechanisms of HIV-associated lymphocyte apoptosis: 2010". Cell Death & Disease. 1: e99. doi:10.1038/cddis.2010.77. ISSN 2041-4889. PMC 3032328 . PMID 21368875. 
  15. ^ Cesare, Anthony J.; Reddel, Roger R. (2010-05). "Alternative lengthening of telomeres: models, mechanisms and implications". Nature Reviews. Genetics. 11 (5): 319–330. doi:10.1038/nrg2763. ISSN 1471-0064. PMID 20351727. 
  16. ^ Campbell, Elizabeth A.; Korzheva, Nataliya; Mustaev, Arkady; Murakami, Katsuhiko; Nair, Satish; Goldfarb, Alex; Darst, Seth A. (2001-03). "Structural Mechanism for Rifampicin Inhibition of Bacterial RNA Polymerase". Cell (dalam bahasa Inggris). 104 (6): 901–912. doi:10.1016/S0092-8674(01)00286-0. 
  17. ^ Pippi, Bruna; Reginatto, Paula; Machado, Gabriella da Rosa Monte; Bergamo, Vanessa Zafaneli; Lana, Daiane Flores Dalla; Teixeira, Mario Lettieri; Franco, Lucas Lopardi; Alves, Ricardo José; Andrade, Saulo Fernandes (2017-10-01). "Evaluation of 8-Hydroxyquinoline Derivatives as Hits for Antifungal Drug Design". Medical Mycology. 55 (7): 763–773. doi:10.1093/mmy/myx003. ISSN 1460-2709. PMID 28159993. 
  18. ^ Datan, Emmanuel; Minn, Il; Xu, Peng; He, Qing-Li; Ahn, Hye-Hyun; Yu, Biao; Pomper, Martin G.; Liu, Jun O. (2020-09-25). "A Glucose-Triptolide Conjugate Selectively Targets Cancer Cells under Hypoxia". iScience. 23 (9): 101536. doi:10.1016/j.isci.2020.101536. ISSN 2589-0042. PMC 7509213 . 
  19. ^ Saxonov, Serge; Berg, Paul; Brutlag, Douglas L. (2006-01-31). "A genome-wide analysis of CpG dinucleotides in the human genome distinguishes two distinct classes of promoters". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (5): 1412–1417. doi:10.1073/pnas.0510310103. ISSN 0027-8424. PMC 1345710 . PMID 16432200. 
  20. ^ Bird, Adrian (2002-01-01). "DNA methylation patterns and epigenetic memory". Genes & Development. 16 (1): 6–21. doi:10.1101/gad.947102. ISSN 0890-9369. PMID 11782440. 
  21. ^ Vogelstein, Bert; Papadopoulos, Nickolas; Velculescu, Victor E.; Zhou, Shibin; Diaz, Luis A.; Kinzler, Kenneth W. (2013-03-29). "Cancer genome landscapes". Science (New York, N.Y.). 339 (6127): 1546–1558. doi:10.1126/science.1235122. ISSN 1095-9203. PMC 3749880 . PMID 23539594. 
  22. ^ Toyota, M.; Ahuja, N.; Ohe-Toyota, M.; Herman, J. G.; Baylin, S. B.; Issa, J. P. (1999-07-20). "CpG island methylator phenotype in colorectal cancer". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (15): 8681–8686. doi:10.1073/pnas.96.15.8681. ISSN 0027-8424. PMC 17576 . PMID 10411935. 
  23. ^ Curtin, Karen; Slattery, Martha L.; Samowitz, Wade S. (2011-04-12). "CpG island methylation in colorectal cancer: past, present and future". Pathology Research International. 2011: 902674. doi:10.4061/2011/902674. ISSN 2042-003X. PMC 3090226 . PMID 21559209. 
  24. ^ Tessitore, Alessandra; Cicciarelli, Germana; Del Vecchio, Filippo; Gaggiano, Agata; Verzella, Daniela; Fischietti, Mariafausta; Vecchiotti, Davide; Capece, Daria; Zazzeroni, Francesca (2014). "MicroRNAs in the DNA Damage/Repair Network and Cancer". International Journal of Genomics. 2014: 820248. doi:10.1155/2014/820248. ISSN 2314-436X. PMC 3926391 . PMID 24616890. 
  25. ^ Stefansson, Olafur A.; Esteller, Manel (2013-10). "Epigenetic Modifications in Breast Cancer and Their Role in Personalized Medicine". The American Journal of Pathology (dalam bahasa Inggris). 183 (4): 1052–1063. doi:10.1016/j.ajpath.2013.04.033. 

Lihat pulaSunting

Pranala luarSunting