BAB I
PENDAHULUAN
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
ISI
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).
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 .
DNA. Mekanisme ini memperbaiki kesalahan pembentukan satu pasangan basa (mis. C dengan A, bukannya T dengan A) atau sepotong pendek DNA yang tidak berpasangan. Bagian yang cacat dikenali oleh suatu endonuklease yang melakukan pemotongan untai-tunggal di sekuens GATC termetilasi. Untai DNA dikeluarkan melalui mutasi, diganti, lalu disambung kembali.
|
- 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.
Gambar.
Perbaikan-eksisi nukleotida (nukleotida excision repair). Mekanisme ini
digunakan untuk memperbaiki defek besar DNA dan umumnya melibatkan lebih
banyak protein disbanding mismatch repair atau perbaikan eksisi basa. Setelah
kelainan dideteksi (ditandai oleh XXXX) dan DNA yang mengandung kelainan
tersebut diraikan/(unwinding), suatu nuclease eksisi (eksinuklease) memotong
DNA disebelah hulu dan hilir dari bagian yang cacat. Celah ini kemudian diisi
oleh polymerase dan disambung kembali.
|
|
- 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.
Gambar.
Perbaikan kerusakan untai ganda DNA. Protein Ku dan protein kinase dependen-DNA
berikatan untuk mendekatkan kedua untai dan menguraikannya. Fragmen-fragmen
yang telah berjajar membentuk pasangan basa; kelebihan ujung dikeluarkan,
mungkin oleh endonuklease atau eksonuklease terkait DNA-PK, dan celah
kemudian diisi; dan kontinuitas untai dipulihkan oleh 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