MUTASI GEN dan POLIMORFISME oleh Asmarinah Komponen DNA

MUTASI GEN dan POLIMORFISME oleh: Asmarinah

Komponen DNA

“DNA packaging” dalam kromosom DNA + histon nukleosome solenoid kromatin/kromosom

DNA - Gen dapat digambarkan sebagai segmen molekul DNA yang berisi kode untuk sekuens asam amino dari suatu rantai polipeptida (protein)

Ekspresi Gen Transkripsi : sintesis rantai tunggal m. RNA dari DNA cetakan (rantai “noncoding”/antisense) di dalam inti sel, yang dikatalisis oleh enzim RNA Polimerase Translasi : sintesis polipeptida dari m. RNA cetakannya, di dalam ribosom Contoh: Ekspresi gen ß-globin

Mutasi gen - Perubahan pada materi genetik (DNA) yang dapat diturunkan - Disebabkan oleh 2 mekanisme dasar: * kesalahan pada proses replikasi DNA * kegagalan dalam mereparasi DNA yang rusak - terjadi secara spontan atau diinduksi oleh agent fisik atau bahan kimia (mutagen) - organisma yg mengalami mutasi : mutan - berperan dlm evolusi mahluk hidup; pada bakteri utk resistensi thdp antibiotik

3 Faktor utama yang menyebabkan terjadinya mutasi spontan 1. Keakuratan komponen-komponen (“mesin”) dalam replikasi DNA 2. Efisiensi mekanisme proses perbaikan DNA yg rusak (DNA repair mechanism) 3. Tingkat pemaparan mutagenic agents yg ada di lingkungan

Contoh-contoh mutasi gen:

Proses mutasi dan ekspresinya pada individu normal dan mutannya

“Point mutation” : mutasi yang melibatkan perubahan tempat spesifik dalam suatu gen, termasuk substitusi, delesi dan insersi pasangan basa. “Missense mutation” : mutasi yang menyebabkan perubahan kodon spesifik suatu asam amino ke asam amino yang lain “Nonsense mutation” : mutasi yang menyebabkan perubahan kodon spesifik suatu asam amino ke kodon terminasi “Frameshift mutation” : mutasi yang merubah “pembacaan” dari m. RNA, disebabkan oleh adanya delesi atau insersi pasangan basa

Mekanisme terjadinya mutasi 1. Tautomerisasi pada replikasi DNA 2. 3. 4. 5. 6. 7. Tautomerisasi: proses berpindahnya atom hidrogen dari basa nitrogen yg satu ke yang lain. Mutasi yang ditimbulkan: - Mutasi transisi: perubahan basa nitrogen dari purin ke purin atau pirimidin ke pirimidin - Mutasi tranversi: perubahan basa nitrogen dari purin ke pirimidin atau sebaliknya

2. Kegagalan dalam mereparasi DNA yang rusak Reparasi DNA yang rusak dapat dilakukan dengan cara, antara lain: - Pengguntingan DNA yang rusak dengan menggunakan enzim DNA glikosilase

- Reparasi DNA dengan menggunakan cahaya/sinar (fotoreaktivasi), dengan menggunakan enzim DNA fotoliase

“Mutagenic agent” • Bahan Kimia - “alkylating agent”: bahan kimia yang dapat memindahkan gugus alkyl ke basa nitrogen pada DNA. Contoh: Gas mustard [Di-(2 -chloroethyl) sulfide] EMS (Ethyl methane sulfonate) - Basa analog: bahan kimia yg strukturnya mirip dengan basa nitrogen normal, yang dapat terinkoporasi ke dalam DNA Contoh: 5 -Bromouracil (BU) 2 -Aminopurin (2 -AP)

- “Deaminating agent”: dapat mendeaminasi gugus amino pada basanitrogen Contoh: Asam nitrous (HNO 2) - “Hydroxylating agent”: menghidroksilasi gugus amino pada basa nitrogen, sehingga terjadi mutasi transisi. Contoh: Hydroxylamine - Zat warna akridin (proflavin): mengikat molekul DNA

• Sinar Radiasi - Radiasi ion (sinar X, sinar gamma, sinar kosmik - Radiasi non ion (sinar ultra violet)

Kelainan-kelainan akibat mutasi gen - “Sickle cell anemia”: mutasi substitusi pada gen beta globin sehingga terjadi perubahan dalam alel hemoglobin S dari hemoglobin A yang normal, menyebabkan bentuk sel darah merah abnormal (“sickle”) - “Tay-Sachs disease”: mutasi pada gen HEXA yang mengkode enzym Hexosamidase A meyebabkan enzim tidak dapat mengkatalisis perubahan ganglioside GM 2 menjadi GM 3 yang diperlukan untuk menyelubungi sel saraf, sehingga fungsi sel saraf terganggu

- Penyakit/kelainan yang disebabkan oleh adanya defek dalam metabolisme fenilalanin-tirosin, yang merupakan asam amino penting dalam sintesis protein

Mutation in exon 6 of VDAC 3 gene in sperm with low motility 174 Sequence of PCR product from sperm with normal motility Posisition 174 : AAG (Lysine) Sequence of PCR product from sperm with low motility Posisition 174 : GAG (glutamic acid)

Pendahuluan • Variasi biologis merupakan fenomena alami • Dapat diamati pada semua mahluk hidup organisma unisel sampai multisel • Ada dalam populasi maupun antar populasi • Dapat bersifat kontinyu dan tak-kontinyu

• Merupakan hasil antaraksi faktor genetik dan nir-genetik • Dapat dilihat pada aras fenotipik bahkan genotipik • Mudah diamati pada aras fenotipik lewat indera dan/atau alat bantu • Dapat menghasilkan polimorfisma

Polimorfisma genetik? Keberadaan lebih dari satu alel dalam suatu lokus genetik dengan frekuensi alel-jarang ≥ 1% di dalam suatu populasi

Definisi lain • “The occurrence in a population (or among populations) of several phenotypic forms associated with alleles of one gene or homologs of one chromosome” • “Difference in DNA sequence among individuals, groups, or populations (e. g. , genes for blue eyes versus brown eyes)”

Genom dan gena manusia • Genom adalah komponen sel organisma yang berperan dalam meneruskan sifat keturunan organisma ybs. • Gena adalah unit penentu sifat-sifat keturunan yang tersimpan dalam genom tersusun atas asam nukleat

Human Genome Size • NUCLEAR GENOME * 23 pairs of chromosomes 2 x ( 3 x 109 b. p) 2 meters DNA / Cell * 2 x ( 3 x 1012 cells) meters DNA in human body 8, 000 x earth to moon • MITOCHONDRIAL GENOME * circular, 16, 569 bp

Genom dan gena manusia • Genom adalah komponen sel organisma yang berperan dalam meneruskan sifat keturunan organisma ybs. • Gena adalah unit penentu sifat-sifat keturunan yang tersimpan dalam genom tersusun atas asam nukleat

Mitochondrial genome • Closed with no ends (circular), 16, 569 bp • Inherited from mother (maternal inheritance) • Coding for: – 13 polypeptide genes – 12 S & 16 S r. RNA genes – 22 t. RNA genes • No introns

Genes in Human genome • Protein coding regions • Non-protein coding regions: – – – r. RNAs sn. RNAs required for r. RNA processing sn. RNAs required for splicing t. RNAs Others (telomerase RNA, signal recognition particle RNA molecules, RNA molecules of novel/unknown function)

Genome size Source Number of bp Length Structure Bacteriophage X 174 5 x 103 (base) 1. 6 um Circular single strand E. Coli 4 x 106 1 mm Circular double strand S. Cerevisiae chromosome 1 2. 1 x 10 50 um Linear double strand Drosophila melanogaster chromosome 2 7 6. 0 x 10 15 mm Linear double strand 5

Mutasi Variasi biologis & polimorfisma “Genetic Drift” Isolasi genetik Migrasi (“gene flow”) Seleksi

Forms of polymorphism • Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) • Variable number of tandem repeats (VNTR) • Microsatellites

POLY MORPHISM SNPs MU Sequence repeats TA Insertions TI Deletions ON Recombination Chance procesess Induced by external agents e. g. viruses or radiation

Polymorphism throughout human genome • 1. 42 million SNPs estimated (other estimation: 1 in 1000 DNA bp in human genome over 3 million SNPs in the entire human genome) • 60, 000 SNPs fall within coding regions • Approx. 25% non-synonymous SNP could affect the function of corresponding gene product

• Is reflected in the diversity of the gene products – structural proteins, enzymes, channel proteins, transporters & binding proteins, receptors & post receptor signaling cascades • Immune biology is characterized by extensive polymorphism

• Contoh lokus HLA – Sangat polimorfik – > 1300 alel dari 12 lokus klas I & II yang diekspresikan di seluruh dunia – Paling bervariasi untuk klas I: HLA B & C, untuk klas II: HLA DPB, DQ, DRB