MAKALAH BIOLOGI
MOLEKULER
REPARASI DNA
KELOMPOK 2:
YANUARDI IKHSAN
AGUSTIN NOOR RIZQIAH
ANDIKA WIGUNA
MELDA
M. IHSAN MUTTAQIN
PROGRAM STUDI ANALIS KESEHATAN
FAKULTAS ILMU KESEHATAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
PALANGKARAYA
KATA PENGANTAR
Pertama-tama kami ingin mengucapkan rasa syukur pada
Allah SWT, atas limpahan karunia, rahmat & hidayah-Nya, sehingga kami dapat
menyelesaikan pembuatan tugas makalah tentang Tugas Biologi Molekuler tentang
“reparasi DNA” dengan sangat baik dan lancar.
Adapun dalam penyusunan makalah ini kami menyadari
bahwa penyusunan masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Oleh karena
itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca demi
perbaikan dan kesempurnaan makalah-makalah selanjutnya.
Palangkaraya, 1 Mei 2015
Penulis
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Sejarah Penemuan Mekanisme Perbaikan DNA
Thomas Carell dan Eva Bürckstümmer di Ludwig
Maximillan University of Munich, Jerman, telah membuat rantai-rantai DNA pendek
yang mengandung lesi (cacat/luka). Carell menjelaskan bahwa ini adalah kunci
untuk memahami reparasi DNA. Lesi-lesi
yang terdapat pada DNA ini analog dengan lesi yang timbul apabila sinar UV
mengenai DNA yang tersimpan dalam spora seperti spora bakteri Bacillus. Di
alam, spora-spora ini bisa menjadi tidak aktif (dorman) selama bertahun-tahun,
dengan menyimpan DNA, tetapi kemudian hidup kembali.
Carell dan Bürckstümmer membuat rantai-rantai DNA
mereka dengan mensintesis dua isomer dari sebuah analog lesi dinukleotida dan
memasukkannya ke dalam DNA. Mereka menemukan bahwa salah satu DNA lebih stabil
dibanding yang lainnya, sehingga menandakan bahwa lesi alami bisa memiliki
struktur yang mirip dengan analognya dalam DNA yang lebih stabil. Carell
menyebutkan bahwa analog-analog lesi yang serupa adalah substrat untuk enzim
reparasi DNA spora sehingga rantai-rantai DNA yang baru bisa membantu dalam
meneliti lebih lanjut tentang mekanisme enzim ini.
Glen Burley, seorang ahli di bidang nanoteknologi DNA
di Universitas Leicester, Inggris, mengatakan bahwa penelitian ini menarik
karena menemukan sebuah metode untuk meneliti bagaimana spora bakteri
mereparasi DNA yang rusak. "Mekanisme yang terlibat perlu segera diketahui
karena proses kerusakan DNA pada spora berbeda dengan yang terjadi pada
mamalia," kata dia. "Metode-metode ini kemungkinan akan membuka
pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana spora bisa bertahan hidup selama
periode waktu yang lama dan pada kondisi-kondisi yang tidak cocok – misalnya
pada sumber mata air panas atau dibawah keterpaparan sinar UV."
Carell menjelaskan bahwa walaupun proses reparasi pada
spora berbeda, tetapi fenomena pengenalan lesi oleh enzim bersifat umum.
Enzim-enzim seperti ini juga bekerja dalam sel-sel kita, sehingga pemahaman yang lebih
mendalam tentang kelompok enzim yang membingungkan ini diperlukan.
Kegagalan-kegagalan reparasi DNA ini bertanggungjawab untuk terjadinya mutasi
yang selanjutnya mengarah pada situasi seluler berbahaya yang bisa menghasilkan
kanker. <--more-->
BAB II
PEMBAHASAN
A. Mutasi DNA
DNA merupakan bahan genetik
yang harus disampaikan kepada generasi berikutnya. Terdiri dari tiga komponen
utama, yaitu gugus fosfat, gula 5-karbon (deoksiribosa) dan basa nitrogen. DNA
akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan sangat penting
dalam proses pertumbuhan sel. DNA sebagai materi genetic yang selalu mengalami
berbagai reaksi kimia dan selalu melakukan copy DNA. Perubahan struktur
DNA ini disebut mutasi DNA yang dapat terjadi pada saat proses replikasi DNA.
Ada beberapa tipe mutasi gen:
Ø Missense mutation
Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan
kodonspesifik suatu asam amino ke asam amino yang lain
Ø Nonsense mutation
Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan kodon
spesifik suatu asam amino ke kodon terminasi
Ø Insertion
Insersi mengakibatkan suatu perubahan jumlah
basaDNA pada gen dengan menambahkan sebagiandari DNA (pada nukleotidanya).
Hasilnya, protein yang dibuat oleh gen tersebut tidak dapat berfungsi semestinya.
Ø Deletion
Delesi mengakibatkan perubahan jumlahbasa DNA
pada gen denganmenghilangkan sebagian dari DNA. DNA yang hilang akan mengubah
fungsidari protein tersebut.
Ø Duplication
Duplikasi terdiri dari sebagian DNA yangterkopi
satu atau lebih dari satu kali. DNA yang terkopi akan mengubah fungsi
dariprotein tersebut.
Ø Frameshift mutation
Mutasi frameshift menggeser pengelompokan
daribasa dan mengubah pengkodean untuk asamamino. Protein yg dihasilkan
biasanya tidak berfungsi.
Ø Repeat expansion
Repeat expansion atau penguraianberulang adalah
mutasi yangmeningkatkan banyaknya rantai pendek DNA berkali-kali, mengakibatkan
proteinyang dihasilkan tidak dapat berfungsidengan benar.
Untuk menstabilkan hal
tersebut maka DNA memiliki kemampuan untuk memperbaiki (repair) kesalahan yang
terjadi pada dirinya sendiri. Jika mutasi DNA yang terjadi cukup banyak dan DNA
tidak sempat untuk memperbaiki (repair) dirinya sendiri maka akan terjadi
kelainan ekspresi genetic bahkan menyebabkan terjadinya penyakit genetik.
Konsumsi makanan yang bergizi serta istirahat yang cukup memungkinkan tubuh
untuk dapat melakukan repair DNA.
B. DNA Repair
DNA bukanlah substansi yang lemah, telah dilengkapi dengan mekanisme tertentu yang mampu
menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi sehingga tidak membawa efek
negatif. Mekanisme yang dimiliki DNA
tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang terjadi pada fase
tertentu dalam siklus sel.
Pada fase G1 (Gap 1) terdapat
check point yaitu suatu tempat dimana susunan DNA akan dikoreksi dengan
seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan : Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan
cara mengaktifkan DNA repair. Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak
mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu
“dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan
sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan DNA
normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S
(Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis).
C. Mengapa perbaikan DNA sangat
penting?
Singkatnya: untuk menanggulangi 'erosi timedependent dari genom'. Yang
sedikit lebih panjang jawabannya adalah bahwa ribuan masalah dengan DNA muncul
setiap hari di setiap sel tubuh, yang masing-masing harus berhasil terdeteksi
dan, jika perlu, diubah. Sistem perbaikan DNA mendeteksi dan mengkoordinasikan
respon terhadap serangan tersebut, mempengaruhi langkah-langkah untuk mencegah
kematian sel atau menghapus sel-sel kanker dari sistem tubuh. Dilakukan oleh
serangkaian protein sel inti, untuk mempertahankan integritas DNA, melindungi
kita dari kanker, penuaan, dan berbagai macam terkait penyakit, menjaga sistem
kekebalan tubuh dan lebih penting melestarikan gen kita untuk anak-anak kita.
Kerusakan
DNA akibat bahan kimia, fisik, dan lingkungan diklasifikasikan menjadi empat
tipe, yaitu:
I.
Perubahan satu basa
A.
Depurinasi
B.
Deaminasi sitosin menjadi uraasil
C.
Deaminasi adenine menjadi hipoxantin
D.
Alkilasi basa
E.
Insersi atau delesi nukleotida
F.
Penyertaan analog basa
II.
Perubahan dua basa
A.
Dimmer antartimin (pirimidin) yang diinduksi
oleh sinar UV
B.
Ikatan silang agen pengalkil bifungsional
III.
Pemutusan rantai
A.
Radiasi pengionan
B.
Disintegrasi elemen rangka (tulang punggung)
oleh radioaktivitas
C.
Pembentukan radikal bebas oksidatif
IV.
Ikatan silang
A.
Antara basa di untai yang sama atau berlawanan
B.
Antara DNA dan molekul protein (mis. Histon)
|
C. Mekanisme Perbaikan Dna
Region abnormal DNA, baik
karena kesalahan penyalinan atau kerusakan DNA, diganti melalui empat
mekanisme, yaitu:
1. Mismatch
repair (perbaikan ketidakcocokan)
2. Base excision repair (perbaikan dengan memotong basa)
3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan mengeluarkan/memotong nukleotida)
4. Double strand break repair (perbaikan
kerusakan untai ganda)
Tabel. Mekanisme perbaikan DNA
Mekanisme
|
Masalah
|
Solusi
|
Mismatch repair
(perbaikan ketidakcocokan)
|
Kesalahan
penyalinan (lengkung tak berpasangan dengan dua sampai lima basa atau satu
basa)
|
Pemotongan
untai yang diarahkan oleh metal, pencernaan oleh eksonuklease, dan
penggantian
|
Base excision repair
(perbaikan dengan memotong basa)
|
Kerusakan
satu basa yang timbul spontan akibat bahan kimia atau radiasi
|
Pengeluaran
basa oleh N-glikosilase, pengeluaran gula tanpa basa, penggantian
|
Nucleotide excision repair
(perbaikan dengan memotong nukleotida)
|
Kerusakan
suatu segmen DNA secara spontan akibat bahan kimia atau radiasi
|
Pengeluaran
oligomer sekitar 30 nukleotida dan penggantian
|
Double strand break repair
(perbaikan kerusakan untai ganda)
|
Radiasi
pengionan, kemoterapi, radikal bebas oksidatif
|
Sinapsis,
penguraian, penyusunan, dan ligasi.
|
- Mismatch repair (Perbaikan yang tidak berpasangan/ketidakcocokan)
Mismatch
repair memperbaiki
kesalahan yang dibuat ketika DNA disalin. Contohnya, C dapat terselip
berhadapan dengan A, atau polymerase dapat “tergelincir” atau “tersendat” dan
menyisipkan dua sampai lima basa tambahan yang tidak berpasangan.
Protein-protein yang spesifik memindai DNA yang baru dibentuk menggunakan
metilasi adenine di dalam sekuens GATC sebagai titik referensi. Untai
cetakan mengalami metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak demikian.
Perbedaan ini tidak memungkinkan enzim perbaikan mengidentifikasi untai yang
mengandung kesalahan nukleotida dan memerlukan pergantian. Jika ditemukan
ketidakcocokan atau lengkung kecil, suatu GATC endonuklease memotong untai yang
mengandung mutasi di tempat yang berkorespondensi dengan GATC. Suatu
eksonuklease kemudianmencerna untai ini dari GATC dan melalui mutasi sehingga
DNA yang cacat tersebut dapat dibuang. Hal ini dapat berlangsung dari kedua
ujung jika cacat tersebut diapit oleh dua tempat GATC. Cacat ini kemudian di
isi oleh enzim sel normal sesuai aturan pembentukan pasangan basa.
Untuk memperbaiki basa yang tidak berpasangan harus diketahui
pasangan basa mana yang salah. Pada E. coli, ini dapat
diketahui oleh methylase yang disebut
dengan "Dam
methylase", dimana dapat memetilasi adenines yang terdapat pada urutan (5')GATC
. Segera sesudah replikasi DNA, template strand dimetilasi, tetapi strand yang baru disintesa belum dimetilasi. Jadi antara template
strand dan new strand akan berbeda. Pada E. coli, diperlukan tiga protein
(Mut S, Mut C, dan Mut H) untuk mengenali mutasi dan memotong untai. Enzim lain
di dalam sel, termasuk ligase, plimerase, dan SSB mengeluarkan dan mengganti
untai.
Dimulai dengan berikatannya protein MutS
pada mismatched base
pairs. Kemudian MutL mengaktifkan MutH untuk bergabung bersama pada urutan GATC. MutH akan membelah strand yang tidak dimetilasi pada tempat GATC . Selanjutnya, segment dari tempat pembelahan akan dibuang oleh enzim exonuclease (dengan bantuan enzim helicase II dan SSB
proteins).
Bila pembelahannya pada bagian 3' dari kerusakan,
akan dipotong oleh enzim exonuclease
I dan bila pada bagian 5' oleh enzim exonuclease VII atau RecJ untuk mendegradasi single tranded DNA. Kekosongannya akan diisi dengan bantuan enzim DNA polymerase III dan DNA ligase.
Jarak antara tempat GATC dengan
kerusakan bisa mencapai sepanjang 1,000 base pairs .
- Base excision repair (Perbaikan dengan memotong Basa)
Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan
karena labilitas termal ikatan N-gglikosida purin, terjadi dengan kecepatan
5.000-10.000/sel/hari pada suhu 370 C. enzim-enzim spesifik
mengenali bagian yang mengalami depurinasi dan menggantikannya dengan purin
yang secara langsung, tanpa interupsi pada tulang punggung phospodiester.
Basa sitosin, adenine, dan guanine di DNA secara
spontan membentuk, masing-masing, urasil, hipoxantin, xantin. Karena
tidak ada satupun dari ketiga basa tersebut yang terdapat di DNA pada keadaan
normal, tidaklah mengherankan jika N-glikosilase spesifik dapat mengenali
basa-basa abnormal ini yang mengeluarkan sendiri basa dari DNA. Pengeluaran ini
menandai letak kecacatan dan memungkinkan endonuklase apurinik atau
apirimidinik memotong gula tanpa basa. Basa yang sesuai kemudian memotong gula
tanpa basa ini. Basa yang sesuai kemudian dipasang oleh DNA polymerase, dan
ligase memperbalikkan DNA ke keadaannya semula. Rangkaian kejadian ini disebut
base excision repair (perbaikan dengan memotong basa). Dengan rangkaian langka
serupa yang mula-mula melibatkan defek, basa teralkilasi dan analog basa dapat
dikeluarkan dari DNA dan DNA dipulihkan kebentuknya semula. Mekanisme ini cocok
untuk menggantikan basa tunggal, tetapi tidak efektif untuk mengganti region
DNA yang rusak.
Basa-basa DNA dapat dirusak melalui deamination atau alkylation. Tempat
kerusakan basa tersebut disebut dengan "abasic site" atau "AP site". Pada E.coli, enzim DNA glycosylase dapat mengenal AP site dan membuang basanya. Kemudian AP endonuclease membuang AP site dan nucleotida sekitarnya. Kekosongan akan diisi dengan bantuan DNA polymerase I dan DNA
ligase.
Gambar.
Base Excison-repair DNA, enzim urasil DNA glikosilasil membuang urasil yang
terbentuk dari deaminasi spontan sitosin di DNA. Suatu endonuklease memotong
kerangka utama untai di dekat defek; lalu setelah endonuklease mengeluarkan
beberapa basa, defek tersebut diisi melalui kerja polimerasi dan untai
tersebut kembali dihubungkan oleh suatu ligase.
|
|
- Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong nukleotida)
Mekanisme ini digunakan untuk
menggantikan suatu regio DNA dengan panjang30 bp yang mengalami kerusakan.
Penyebab umum kerusakan DNA semacam ini adalah sinar ultraviolet (UV), yang
memicu pembentukan dimmer antarpirimidin siklobutan, dan merokok, yang
menyebabkan pembentukan adduct (addition product) benzo [a]piren-guanin.
Radiasi pengion, obat kemoterapi kanker, dan berbagai bahan kimia yang terdapat
dilingkungan yang dan dapat menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai, ikatan
silang antara basa di untai yang berhadapan atau DNA dan protein, dan berbagai
defek lain.
Cacat-cacat ini diperbaiki
oleh suatu proses yang disebut perbaikan yang disebut eksisi nukleotida. Proses
rumit, yang melibatkan lebih banyak produk gen dibandingkan dengan dua tipe
perbaikan sebelumnya, pada dasar mencakup hidrolisis dua ikatan phospodiester
di untai yang mengandung kecacatan. Suatu nuclease eksisi khusus
(eksinuklease), yang terdiri dari paling sedikit tigan subunit pada E. coli dan
16 polipeptida pada manusia, melaksanakan tugas ini. Di sek eukariot,
enzim-enzim memotong antara ikatan phospodiester ketiga dan kelima 3’
dari lesi, dan dari sisi 5’ potongan terletak di suatu tempat antara
ikatan keduapuluh satu dan keduapuluh lima. Karena itu, terjadi eksisi suatu
fragmen DNA dengan panjang 27-29 nukleotida. Untai yang dikeluarkan kemudian
diganti, juga pembentukan pasangan basa yang tepat, melalui kerja polymerase
lain yang belum diketahui (d/e pada manusia), dan ujung-ujung untai disatukan dengan untai yang sudah ada
oleh DNA ligase. Pada E. coli, protein UvrA, UvrB, dan UvrC berperan dalam membuang nukleotida ( dimer akibat UV light). Kemudian kekosongan akan diisi
dengan bantuan enzim DNA
polymerase I dan DNA ligase. Pada yeast, proteins Uvr's dikenal dengan
nama RADxx ("RAD" kependekan dari
"radiation"), seperti RAD3, RAD10, dan lain-lain.
- Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)
Perbaikan kerusakan untai
ganda merupakan bagian dari proses fisiologis tata ulang gen imunoglobulin.
Perbaikan ini merupakan mekanisme penting untuk memperbaiki DNA yang rusak,
seperti yang terjadi akibat radiasi pengion atau pembentukan radikal bebas
oksidatif. Sebagian obat kemoterapi merusak sel dengan merusak untai ganda atau
perbaikannya.
Mula-mula terdapat dua protein
yang berperan dalam penyatuan kembali non homolog suatu kerusakan untai ganda.
Ku, suatu heterodimer subunit 70 kDa dan 86 kDa, berikatan dengan ujung-ujung
bebas DNA aktivitas helikase dependen-ATP laten. Heterodimer Ku yang berikatan
dengan DNA merekrut suatu protein kinase unit, protein kinase dependen DNA (DNA
PK). DNA-PK memiliki satu ikatan bagi ujung-ujung bebas DNA dan satu tempat
ikatan untuk dsDNA tepat di bagian dalam ujung-ujung unit. Karena itu,
enzim-enzim ini memungkinkan aproksimasi kedua ujung yang terpisah. Ujung bebas
kompleks DNA-Ku-DNA-PK membangkitkan aktivitas kinnase pada ujung-ujung yang
terpisah. DNA-PK secara timbale balik memphosporilasi KU dan molekul DNA-PK
lain di untai yang berlawanan, ditrans. DNA-PK kemudian kemudian terlepas dari
DNA dan KU, menyebabkan aktivasi Ku helikase. Hal ini menyebabkan penguraian
kedua ujung DNA. DNA yang telah di urai dan sudah diaproksimasi kemudian
membentuk pasangan basa; kelebihan ekor nukleotida dibuang oleh eksonuklease;
dan celah yang ada di isi dan ditutup oleh DNA ligase.
D. Perbaikan Dna dan Penuaan: Life-Span,
Diet dan Dna
Mengapa kura-kura dapat memiliki umur yang lebih panjang? Para ilmuwan
menemukan sesuatu yang menarik, mengapa spesies yang berbeda memiliki rentang
hidup yang berbeda. Salah satunya berhubungan dengan metabolisme. Manusia dan
mamalia lain memiliki tingkat metabolisme lebih tinggi daripada reptil. Seperti
kita menghirup udara, oksigen berdifusi ke dalam sel kita, memicu proses
combustive dari respirasi, mendorong metabolisme, untuk pertumbuhan dan
perkembangan. Proses tersebut memiliki efek samping berbahaya yang dapat
merusak DNA, disebut reaktif oksigen (ROS). Semakin tinggi metabolisme, semakin
besar potensi kerusakan dan semakin besar kemungkinan sel kita untuk bermutasi
dan kerusakan. Reptil, seperti kura-kura mungkin kurang rentan terhadap
kerusakan DNA yang disebabkan oleh ROS, karena mereka menghasilkan bahan kimia
reaktif dalam tingkat yang lebih rendah.
Kita tidak tahu berapa banyak kerusakan DNA menyebabkan penuaan, penelitian
baru-baru ini menunjukkan bahwa mengetahui lebih banyak tentang pemeliharaan
genetik dapat meningkatkan kualitas hidup. Tidak ada gunanya hidup selama
kura-kura jika tidak cukup fit untuk menikmatinya.
Penelitian diet pada tikus, monyet, tikus, laba-laba, lalat buah dan cacing
lebih menekankan hubungan antara metabolisme dan rentang hidup. Membatasi
asupan kalori (60-70% asupan harian), diberikan vitamin yang cukup, mineral dan
nutrisi lainnya. Berpikir bahwa kalori lebih sedikit akan menghasilkan tingkat
metabolisme yang lebih rendah, sehingga ROS bekurangr dan kerusakan DNA juga
berkurang. "Itu adalah rahasia di balik pembatasan kalori memperpanjang
rentang hidup dengan cara alami," kata Jan Hoeijmakers. Penyimpangan
kromosom, yang berhubungan dengan karsinogenesis, disebabkan oleh interstrand
crosslink (ICL). Dalam ketiadaan protein perbaikan Ercc1/Xpf DNA ICLS
menyebabkan penyimpangan banyak kromosom, terutama fusi kromatid. Pembatasan
kalori mengurangi metabolisme, menurunkan ROS dan stres yang dihasilkan pada
sistem perbaikan DNA sehingga menjaga sel-sel sehat lebih lama.
Oksigen reaktif adalah molekul yang dapat mengganggu atau mengubah ikatan
energi antara molekul lain. Bahan kimia seperti superoksida dan hidrogen
peroksida hasil dari respirasi di mitokondria di setiap sel-sel kita. Jika
bertemu dengan ion besi atau tembaga membentuk radikal hidroksil yang dapat
merusak basa organik (A, T, C atau G) dalam DNA.
Penghapusan basis rusak diperkirakan terjadi 20 000 kali hari dalam setiap
sel tubuh. Untungnya kita memiliki sistem canggih perbaikan DNA. Para ilmuwan
telah mengidentifikasi lebih dari seratus gen terlibat dalam berbagai perbaikan
DNA, jalur kerusakan, sinyal dan efek respon perbaikan. Sementara kerusakan DNA
belum terbukti dapat menyebabkan penuaan secara langsung, suatu gangguan,
disebabkan oleh mutasi pada perbaikan DNA, termasuk gejala penuaan dini. Hanya
beberapa tahun lalu, tim Jan Hoeijmaker diErasmus MC menggambarkan sindrom
penuaan baru dalam remaja laki-laki yangPenuaan bahkan sebelum dia mencapai
pubertas (Niedernhofer et al, Nature 2006). Pasien memiliki mutasi pada gen
(Disebut XPF) terlibat bersama-sama dengan ERCC1 mitranya dalam perbaikan DNA.
Kompleks dua protein (disebutXPF/ERCC1) melindungi kerusakan DNA yang
disebabkan oleh UV sinar matahari, yang dapat mengacaukan urutan DNA. Mutasi
pada gen XPF diketahui menyebabkan kondisi langka. Xeroderma pigmentosum
dikenal sebagai (XP). Pasien dengan XP sangat sensitif terhadap sinar matahari,
mereka harus benar-benar menutupi diri mereka ketika mereka pergi luar dan
ketika di dalam ruangan. Pasien 'XFE' bukan hanya sensitif terhadap sinar
matahari, namun juga keriput.
E. Gen P53, Penekan Kanker
Salah satu gen penekan kanker
adalah gen p53 yang merupakan pelindung
siklus sel. Bila sel terluka, p53 dalam inti memicu sel untuk melakukan “arrest” pada perbatasan G1/S dengan
menginduksi penghambat CDK (cyclin D kinase) dan sistem perbaikan DNA terlebih
dahulu menghilangkan luka tersebut sebelum sel
memasuki fase S tanpa adanya
DNA yang terluka. Program “arrest” dan apoptosis ini tergantung pada lingkungan
fisiologik ataupun jenis sel. Oleh karena itu kehilangan fungsi gen p53
ini merupakan penyebab munculnya malignansi. Inaktivasi gen p53 ini
biasanya terjadi dalam dua tahap yakni inaktivasi pada satu alel oleh mutasi
titik atau delesi kecil dan berikutnya adalah kehilangan alel normal oleh
delesi segmen kromosom. Inaktivasi alel pertama dapat terjadi pada sel
somatik maupun sel germ. Gen ini juga disebut “guardian of the cell”.
Beberapa jenis virus terlibat
dalam proses perubahan fungsi p53 dengan mengkode onkoprotein yang
berikatan dengan protein ini. Sel yang tidak memiliki p53
menunjukkan ketidak stabilan genom dan memperbesar karsinogenesis.
Gen penekan tumor p53
adalah protein yang mempunyai berat molekul 53 kilodalton (kD) dan pertama kali
ditemukan pada 1979 [17]. Gen p53 yang merupakan faktor transkripsi dan
mempunyai panjang 20 kilobasa. Representasi skematik p53 selengkapnya
diperlihatkan dalam Gambar 1. Gen ini diberi gelar “molecule of the year” pada
tahun 1993 oleh majalah Science [18]. Gen ini juga terbukti mempertinggi
radioresistensi suatu sel [19]. Penelitian lain membuktikan bahwa pemberian p53
ke dalam sel kanker atau cell line yang telah kehilangan fungsi gen p53
endogen akan memperkecil tumorigenesis, sebaliknya mutan p53 memperbesar proses
pembentukan tumor [20-22]. Protein p53 dalam bentuk aktif atau stabil
mengkode pengaktif transkripsi yang targetnya dapat meliputi gen-gen yang
mengatur kestabilan genomik, respon selular pada luka DNA dan progresi siklus
sel. Contoh gen-gen tersebut adalah WAF1, GADD45 dan MDM2. Di
samping stabilisasi, aktivitas trans-aktivasi p53 juga diatur oleh
fosforilasi residuamino-ujung [23]. Untuk menjalankan fungsinya, p53
mengikat DNA dalam bentuk yang spesifik sehingga memungkinkan p53
mengaktifkan transkripsi gen sasaran. Bagian tengah protein tersebut (residu
asam amino 102-292) adalah deret spesifik daerah DNA-binding, dimana
mutasi p53 spontanberada pada daerah ini dan secara langsung atau tidak langsung
mempengaruhi interaksi p53 dengan DNA.
F. Bakteri dengan Mekanisme
Perbaikan DNA yang Sangat Baik
Bakteri yang ditemukan di
Corvalis, Oregon dan mempunyai kemampuan untuk bertahan hidup terhadap radiasi
yang sangat tinggi ini dinamai Deinococcus radiodurans. Bentuk dari
bakteri ini berupa bulat dengan diameter yang relatif besar. Kebanyakan
diameternya sekitar 1,5 sampai 3,5 mikrometer.
Bakteri
ini mempunyai kemampuan untuk dapat bertahan hidup terhadap radiasi yang sangat
tinggi karena bakteri ini mempunyai mekanisme perbaikan DNA yang cepat dan
mempunyai banyak copy dari genomenya sendiri. Jika dibandingkan dengan manusia,
bakteri ini dapat bertahan terhadap radiasi 300 kali lipat daripada yang dapat
dilakukan oleh manusia.
Deinococcus radiodurans ini banyak ditemukan di berbagai macam
lingkungan hidup, sehingga sulit untuk menentukan dimana habitat aslinya. Para
ilmuwan banyak mengembangbiakkan bakteri ini di dalam laboratorium dengan media
kotoran hewan, contohnya gajah. Namun, para ilmuwan juga menemukan bakteri ini
hidup dengan baik di berbagai jenis tanah, termasuk di daerah batuan granite
yang kering. Karena banyak ditemukan di berbagai jenis tanah, para ilmuwan
mengklasifikasikan bakteri ini ke dalam bakteri tanah. Belum ada bukti yang
menunjukkan bahwa bakteri ini berinteraksi dengan organisme lain.
Deinococcus radiodurans dapat bertahan dalam 1,5 juta rads- ribuan kali lebih kuat daripada semua
makhluk hidup yang ada di bumi dan 300 kali lebih kuat daripada ketahanan
manusia. Bakteri ini memiliki ketahanan terhadap radiasi karena memiliki
salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat. Tidak
seperti organisme lain yang kehilangan DNA karena radiasi, mikroba ini tidak
kehilangan informasi genetik karena fragmen-fragmen DNA yang terputus disimpan
di dalam cincin plasmid yang terkunci rapat. Fragmen-fragmen ini tersusun
rapat, pada akhirnya tersusun bersama menjadi tataan yang original dan benar.
Bakteri ini biasanya memperbaiki kerusakan kromosom dalam 12-24 jam melalui proses
dua tahap.
Pertama, D. radiodurans
menyambungkan ulang fragmen-fragmen kromosom melalui proses yang disebut
penempelan untai-tunggal. DNA memperbaiki
diri di dalam ring yang telah disebut. Lalu sang bakteri melakukan aksi yang
sangat tidak umum. Bakteri ini terdiri dari empat kompartmen, masing-masing
mengandung satu salinan DNA. Ada dua jalan kecil diantara kompartmen. Setelah
sekitar satu setengah jam perbaikan di dalam cincin, DNA membuka lipatan dan
bermigrasi ke kompartmen yang berdekatan—dimana terjadi saling baur dengan DNA
yang telah ada disana.
Pada tahap kedua, protein
memperbaiki kerusakan untai-ganda melalui rekombinasi homolog. Proses ini tidak melibatkan mutasi apapun dari replikasi normal yang biasa.
Mesin perbaikan reguler, umum di manusia dan juga bakteri, melaksanakan
tugasnya—memperbaiki enzim diantara dua salinan DNA, memakai templete untuk
memperbaiki yang lain.
Dari empat salinan DNA, selalu
ada dua atau tiga yang terkemas rapat di dalam cincin sementara yang lain dapat
bergerak bebas. Sehingga kapanpun, selalu ada salinan DNA yang mengatur
produksi produksi protein dan lain-lain yang tidak aktif namun terlindungi
terus menerus.
Pertanyaan mengenai Deinococcus
radiodurans adalah bagaimana ketahanan radioaktif yang demikian tinggi dapat
berkembang. Level radiasi lingkungan alam sangat rendah—di kebanyakan tempat,
tingkatnya 0.4 mGy per tahun, dan radiasi lingkungan yang diketahui paling
tinggi, dekat Guarapari, Brazil, hanya 175 mGy per tahun. Dengan level radiasi
lingkungan alam yang terjadi sangat rendah, organisme yang mengembangkan
mekanisme untuk menahan efek radiasi tinggi sangat unik.
Valerie Mattimore dan John R.
Battista dari Lousiana State University mengusulkan bahwa ketahanan radioaktif D.
Radiodurans hanyalah efek samping dari mekanisme untuk bertahan terhadap
kekeringan sel berkepanjangan. Untuk mendukung hipotesis ini, mereka melakukan
eksperimen dimana mereka mendemonstrasikan strain mutan D. radiodurans
yang sangat rentan terhadap bahaya radiasi ion juga sangat rentan terhadap
bahaya kekeringan berkepanjangan, sementara tipe galur liar resisten terhadap
keduanya. Sebagai tambahan untuk perbaikan DNA, D. radiodurans
menggunakan ekspresi protein LEA (Late Embryogenesis Abundant) untuk melindungi
diri dari kekeringan.
Michael Daly mengusulkan bahwa
bakteri ini menggunakan mangan sebagai antioksidan untuk melindungi dir
terhadap bahaya radiasi. Pada tahun 2007 timnya menunjukkan bahwa level
mangan(II) intrasel yang tinggi pada D. radiodurans melindungi
protein dari oksidasi radiasi, dan mengemukakan ide bahwa protein, bukan DNA,
adalah target pelaku dari aksi biologis ;pada bakteri sensitif, dan ketahanan
ekstrim pada bakteri yang mengandung mangan didasar perlindungan protein. Deinococcus
radiodurans melindungi protein, bukan DNA, sehingga memungkinkan untuk
memperbaiki DNA yang rusak.
Banyak penelitian yang dilakukan
untuk maenjelaskan struktur protein khusus pada D. radiodurans. Salah
satu struktur protein bakteri ini yang baru-baru ini ditemukan adalah
thioredoxin reductase. Reductase adalah sebuah enzim yang berperan sangat
penting dalam respon sel terhadap tekanan oksidatif, termasuk kerusakan
DNA rantai ganda.
Namun poin penting lain mengenai
spesies ini adalah kemampuannya untuk memperbaiki kerusakan DNA rantai ganda
dengan cepat dan akurat tanpa enzim RecBCD yang pada normalnya ada di bakteri
lain. Penelitian sekarang ini menunjukkan bahwa D. radiodurans
mengandung rangkaian gen yang mengkode sebuah protein yang sangat mirip dengan
enzim RecD pada yang ditemukan pada E.coli. Penemuan yang sangat penting
ini memberi kesan bahwa enzim RecD yang seperti protein dalam D. radiodurans
adalah bagian penting dalam sistem perbaikan yang ia gunakan. Telah ditunjukan
bahwa penghilangan dari gen RecD mengakibatkan kepekaan terhadap radiasi
meningkat dengan besar.
BAB III
PENUTUP
Ribuan masalah dengan DNA muncul setiap hari di setiap sel tubuh, yang
masing-masing harus berhasil terdeteksi dan, jika perlu, diubah. Sistem
perbaikan DNA mendeteksi dan mengkoordinasikan respon terhadap serangan
tersebut, mempengaruhi langkah-langkah untuk mencegah kematian sel atau
menghapus sel-sel kanker dari sistem tubuh. Dilakukan oleh serangkaian protein
sel inti, untuk mempertahankan integritas DNA, melindungi kita dari kanker,
penuaan, dan berbagai macam terkait penyakit, menjaga sistem kekebalan tubuh
dan lebih
Pada fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat dimana susunan
DNA akan dikoreksi dengan seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel
mempunyai dua pilihan : Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara
mengaktifkan DNA repair. Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu
lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu
“dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan
sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan DNA
normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S
(Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis)
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, Neil A., et al.
2002. Biologi. Erlangga. Jakarta.
Francoise C., Gregory R., Qing
W., Nathalie D., Fre´de´ric C., Jean-Marc L.,Jean-Christophe S., Alain P.,
Sylviane O., Thierry F.2000. Detection of Exon Deletions and Duplications of
the Mismatch Repair Genes in Hereditary Nonpolyposis Colorectal Cancer Families
Using Multiplex Polymerase Chain Reaction of Short Fluorescent Fragments.
Funayama, Tomoo, Issay Narumi,
dkk. Mutation Research / DNA Repair, Volume 435, Issue 2, 22 Oktober 1999,
halaman 151-161
Hua, Xiaoting, Lifen Huang,
dkk. DNA Repair Volume 6, Issue 2, 4 Februari 2007, halaman 167-176
Murray, R.K., [et.al]. 2003.
Biokimia Harper Edisi 25. Jakarta : EGC.
O'Brien, PJ. (2006).
"Catalytic promiscuity and the divergent evolution of DNA repair
enzymes". Chem Rev 106 (2): 720–52.
Rajan, Rakhi dan Charles E. Bell.
Journal of Molecular Biology, Volume 344, Issue
4, 3 Desember 2004, halaman 951-963
Robert K. M. Daryl K.G. Victor
W., 2009.Biokimia Harper.Edisi 27.cetakan I. Penerbit Buku Kedokteran EGC
Yuwono, T., 2008. Biologi
Molekuler. Erlangga: Jakarta
Tidak ada komentar:
Posting Komentar