Selamat datang di ForSa! Forum diskusi seputar sains, teknologi dan pendidikan Indonesia.

Welcome to Forum Sains Indonesia. Please login or sign up.

Maret 29, 2024, 09:41:46 PM

Login with username, password and session length

Topik Baru

Artikel Sains

Anggota
Stats
  • Total Tulisan: 139,653
  • Total Topik: 10,405
  • Online today: 231
  • Online ever: 1,582
  • (Desember 22, 2022, 06:39:12 AM)
Pengguna Online
Users: 0
Guests: 152
Total: 152

Aku Cinta ForSa

ForSa on FB ForSa on Twitter

Intron dalam Evolusi

Dimulai oleh Hendy wijaya, MD, Januari 02, 2010, 11:38:44 PM

« sebelumnya - berikutnya »

0 Anggota dan 1 Pengunjung sedang melihat topik ini.

Hendy wijaya, MD

Fungsi dan awal mula intron pada genom eukariotik sampai saat ini masih diperdebatkan, dan muncul berbagai macam teori, namun secara garis besar teori-teori tersebut dapat dibagi menjadi dua, yaitu teori yang menyatakan bahwa intron muncul pada makhluk hidup bersel satu pertama kali, teori ini lebih dikenal sebagai early introns. Seiring berevolusinya makhluk hidup, ada makhluk hidup yang terus mempertahankan keberadaan intron, seperti pada eukariot, dan ada makhluk hidup yang kehilangan intronnya, seperti pada prokariot. Sedangkan teori yang satunya lagi menyatakan bahwa intron muncul belakangan seiring evolusi makhluk hidup (late introns).

Seiring perkembangannya, teori early intron lebih banyak dianut oleh banyak ahli genetika evolusi sekarang karena memiliki sejumlah argumentasi yang dapat menjelaskan arti penting intron dalam memfasilitasi proses evolusi makhluk hidup. Pada dasarnya, bentuk-bentuk gen pada makhluk hidup yang ada sekarang berkembang dari bentuk awalnya (ancestral genes) melalui sejumlah proses duplikasi dan rekombinasi, kedua proses ini disebut juga genetic rearrangment. Contohnya, gen yang mengkode subunit hemoglobin, yaitu α dan β, serta gen yang mengkode myoglobin, diperkirakan memiliki bentuk awal yang sama, karena ketiganya memiliki jumlah ekson dan intron yang sama, demikian juga dengan panjang ekson dan intronnya yang mirip. Ketiganya memiliki 3 ekson dan 2 intron, di mana intron pertama lebih pendek daripada intron yang kedua. Sebagai perbandingan, bentuk awal dari gen-gen tersebut (ancestral genes) diwakilkan oleh gen analognya yang terdapat pada ragi (yeast). Ancestral genes inipun memiliki jumlah ekson dan intron yang sama serta memiliki konfigurasi yang sama.
Ancestral genes ini diperkirakan mengalami duplikasi untuk membentuk myoglobin dan subunit hemoglobin. Kemudian dalam perkembangan lebih lanjut, gen subunit hemoglobin mengalami duplikasi kembali menjadi subunit α dan β. Ketiga gen hasil duplikasi ini selanjutnya berevolusi sendiri-sendiri, mengalami mutasi, dan sejumlah rekombinasi. Akibatnya, urutan basa nitrogennya menjadi tidak 100% sama, namun masih menunjukkan tingkat kemiripan yang tinggi melalui analisis terhadap beberapa conserved sequence, yaitu suatu urutan basa nitrogen yang dipertahankan karena memiliki peran yang penting sehubungan dengan fungsi protein yang dikodenya, stabilitas mRNA yang dihasilkannya,  ataupun regulasi transkripsinya.
Contoh yang lain mengenai duplikasi DNA adalah duplikasi salah satu atau beberapa ekson pada suatu gen untuk menjadi bagian dari ekson gen lain. Sehingga dengan demikian, sebenarnya banyak gen yang ada sekarang memiliki bentuk-bentuk ancestral yang jumlahnya lebih sedikit. Dan antara gen yang satu dengan gen yang lain masih memiliki hubungan, baik karena berasal dari satu ancestral genes maupun karena mereka berbagi satu atau lebih ekson yang sama, karena ekson tersebut mengalami duplikasi selama evolusi. Gen-gen yang demikian disebut masih dalam satu famili jika tingkat kemiripian urutan basa nitrogen pada keseluruhan ekson dalam gen yang satu dengan gen yang lainnya itu mencapai 85% atau lebih. Selain contoh gen hemoglobin, masih banyak gen lain yang jelas mengalami duplikasi dan segment shuffling, misalkan gen-gen adhesive glycoprotein seperti fibronectin dan tenascin; membran channel seperti voltage gated sodium channel, CFTR (Cystic Fibrosis Transmembran Regulator), potasium channel, dll; dan beberapa gen extracellular matrix seperti kolagen, dan elastin.

Genetic rearrangement tidak hanya terjadi pada tingkat DNA, tapi juga pada tingkat RNA melalui sejumlah proses alternative splicing, dimana masing-masing ekson dalam untas hnRNA dapat "dipilih" untuk digunakan atau tidak tergantung kondisi yang mempengaruhi diekspresikannya gen tersebut. Keseluruhan proses ini memerlukan suatu mekanisme yang berfungsi mempertahankan integritas suatu gen atau unit-unit penyusunnya, yaitu ekson, agar suatu produk yang dikodenya tetap memiliki fungsi yang utuh. Jika suatu gen tidak memiliki intron, maka proses "utak-atik" gen seiring dengan perkembangan evolusi makhluk hidup harus dilakukan dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi. Oleh karena urutan-urutan basa nitrogen dalam DNA tanpa intron, semuanya memiliki arti untuk mengkode suatu modul dalam protein dan memiliki fungsi tersendiri, apabila proses rearrangment dilakukan tanpa akurasi yang tinggi maka akan memotong informasi-informasi penting di dalamnya, akhirnya protein yang dihasilkan menjadi tidak berguna. Kendala ini dapat diatasi jika di sela-sela informasi atau kode genetik tersebut terdapat "ruang" yang dapat dipotong di banyak tempat tanpa merubah fungsi protein yang disandinya. Proses ini tidak memerlukan presisi yang tinggi dan memungkinkan proses genetic rearrangement berlangsung seiring dengan proses adaptasi makhluk hidup dalam berevolusi. Ruang antar ekson yang dimaksud di sini adalah intron.

Akan tetapi, walaupun teori early intron ini lebih banyak dianut, ada beberapa macam "blind spot" yang lebih cocok dijelaskan dengan teori late intron. Teori early intron yang memudahkan organisme berevolusi melalui proses segment shuffling hanya berlaku untuk organisme multiseluler yang memiliki tekanan seleksi alam dan tantangan kompetisi dalam lingkungan yang lebih rendah dibandingkan dengan mikroorganisme. Mikroorganisme cenderung berkembang biak cepat, berusaha bersaing atau berkompetisi dengan spesies lain dalam merebutkan sumber daya yang ada. Dalam kondisi seperti ini, tentu saja kemampuan berkembang biak yang cepat, genom yang lebih kecil, komponen regulator yang lebih sedikit jauh lebih menguntungkan dibandingkan genom yang lebih kompleks -ingatlah bahwa proses replikasi DNA saat mikroorganisme bereproduksi memerlukan energi, jadi, semakin pendek genom maka semakin cepat dan sedikit energi yang diperlukan.
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Astrawinata G

mau nanya nih dok....intron apakah selamanya tetap tidak terkode? atau apakah bila mengkode protein yang lain, sutu intron bisa menjadi ekson juga?
Best Regards,


Astrawinata G

Hendy wijaya, MD

Pertanyaan bagus..
Pada banyak gen dalam diri kita, setidaknya lebih dari 50% gen kita merupakan subyek dari proses alternative splicing dan rata-rata, satu gen bisa menghasilkan 3 mRNA alternatif. Alternative splicing bisa terjadi dengan cara:
1. Inklusi atau ekslusi exon menggunakan alternative splice site. Dalam hal ini, segmen DNA yang tadinya exon pada mRNA pertama menjadi intron bagi hnRNA kedua atau sebaliknya,
2. Bisa pula mengikutertakan segmen yang tadinya intron bagi hnRNA pertama menjadi bagian dari mRNA kedua.
Tentu saja kedua proses itu memerlukan mekanisme yang melibatkan berbagai macam protein yang fungsinya bisa sebagai splicing represor, activator atau enhancer (Exon Splicing Enhancer).
Ada pula segmen DNA yang merupakan intron bagi suatu gen ternyata adalah gen lain, jadi ada gen dalam gen. Misalkan gen snoRNA, yaitu non-coding RNA genes yang berfungsi untuk membentuk rRNA matur dalam nukleolus. Gen ini ada dalam region yang menjadi intron bagi gen lain.
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Astrawinata G

Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 06, 2010, 04:41:14 PM
Ada pula segmen DNA yang merupakan intron bagi suatu gen ternyata adalah gen lain, jadi ada gen dalam gen. Misalkan gen snoRNA, yaitu non-coding RNA genes yang berfungsi untuk membentuk rRNA matur dalam nukleolus. Gen ini ada dalam region yang menjadi intron bagi gen lain.

bisa tolong diperjelas, dok? :)
Best Regards,


Astrawinata G

Idad

Agar tetap mencover pertanyaan Astrawinata, saya gabung dengan pertanyaan saya y..
1.
Kutip dari: Astrawinata G pada Januari 06, 2010, 11:01:19 PM
Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 06, 2010, 04:41:14 PM
Ada pula segmen DNA yang merupakan intron bagi suatu gen ternyata adalah gen lain, jadi ada gen dalam gen. Misalkan gen snoRNA, yaitu non-coding RNA genes yang berfungsi untuk membentuk rRNA matur dalam nukleolus. Gen ini ada dalam region yang menjadi intron bagi gen lain.

bisa tolong diperjelas, dok? :)

2. Berarti Intron itu fungsinya sebagai pembatas antar ekson untuk merendahkan tingkat akurasi proses splicing agar tidak terjadi kesalahan pemotongan. Karena pemisahan ekson oleh intron aan memudahakn proses protein yang untuk splicing untuk memilah informasi.
    Intron ada yang relatif dan ada yang absolut. Intron relatif dapat diartikan triplet basa yang tidak digunakan untuk translasi protein tertentu oleh pengkode tertentu, walaupun ia ekson, ia disebut intron dalam keadaan ini. Sedangkan Intron absolut merupakan intron yang dalam tubuh kita tetap bertindak sebagai intron saja, ia tidak dikode oleh pengkode manapun. Benarkah demikian?

Hendy wijaya, MD

@Idad
Betul bung Idad, intron dalam hal ini bisa menjadi pembatas antar exon untuk memudahkan proses segment shuffling. Kalau Anda sering berhadapan proteomic dalam cell biology atau molecular biology, Anda akan sering sekali menemukan bahwa terdapat banyak protein yang memilki domain2 yang sama, walaupun fungsi mereka jelas berbeda. Misalkan IgCAM (Immunoglobulin Cell Adehsion Molecules) salah satu jenis adhesion glycoprotein, memiliki domain yang sama dengan immunoglobulin walaupun jelas2 fungsi nya berbeda, contoh lain adalah tenascin yang fungsinya mirip CAM ternyata memiliki juga EGF domain (Epidermal Growth Factor) yang perannya jelas berbeda dengan molekul EGF. Begitu juga PTB (Phosphotyrosine Binding) domain juga terdapat dalam banyak molekul signalling. Semua domain shuffling ini bisa terjadi akibat adanya segmen shuffling selama proses evolusi

@Astrawinata G
Oke saya akan mencoba menjelaskannya dengan contoh segmen.
Misalkan terdapat segmen: lakenfoknbAYAHPERGIKEBENgtlskvsvnagGKELUNTUgtskjlnvadiksedangbelajardikamarsjvnagKMEMPERBAIKIMOBILcajbca
Analogikan kalimat deretan huruf di atas adalah deretan basa nitrogen dalam suatu gen. Anda tentu bisa mengerti mana saja exon2nya dan mana intron2 nya. Misalkan kita namakan gen di atas (yg eksonnya menggunakan huruf kapital) adalah gen aktivitas ayah, maka deretan "gtlskvsvnag" dan "gtskjlnvadiksedangbelajardikamarsjvnag" adalah intron bagi gen tersebut. Tapi coba perhatikan bahwa dalam intron ke 2 gen tersebut juga ada gen lain, misalkan kita namakan gen aktivitas adik.

Sebutan intron dalam gen A berarti bawa segmen DNA tersebut tidak mengandung kodon untuk menyandi asam amino dalam gen yang bersangkutan tetapi bisa saja dalam intron tersebut terdapat gen lain.
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Idad

#6
Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 07, 2010, 09:30:59 PM
@Astrawinata G
Oke saya akan mencoba menjelaskannya dengan contoh segmen.
Misalkan terdapat segmen: lakenfoknbAYAHPERGIKEBENgtlskvsvnagGKELUNTUgtskjlnvadiksedangbelajardikamarsjvnagKMEMPERBAIKIMOBILcajbca
Hm.., berarti satu strain RNA dapat saja dikode oleh dua atau lebih protein yang berbeda, tergantung seberapa banyak jenis informasi genetis yang ada didalamnya. Benarkah demikian?

Astrawinata G

Kutip dari: Idad pada Januari 08, 2010, 05:51:06 AM
Hm.., berarti satu strain RNA dapat saja dikode oleh dua atau lebih protein yang berbeda, tergantung seberapa banyak jenis informasi genetis yang ada didalamnya. Benarkah demikian?
yang benar "mengkode dua atau lebih protein yang berbeda" :) CMIIW

btw segment shuffling itu apa ya?

Best Regards,


Astrawinata G

Hendy wijaya, MD

@Idad
mRNA mengkode protein, bukan sebaliknya bung idad. Pada eukaryot, umumnya, satu mRNA tentu saja hanya mengkode satu polipeptida walaupun ada beberapa pengecualian. Dan perlu ditekankan di sini, tidak semua produk fungsional akhir suatu gen adalah protein, bisa saja ia adalah RNA, yang dalam hal ini disebut dengan non-coding RNA dan gennya disebut non-coding RNA gene. Misalkan rRNA (ribosomal RNA), tRNA (transfer RNA), snoRNA (small nucleolar RNA), scaRNA (small cajal RNA), snRNA (small nuclear RNA), dan yang termasuk dalam RNAi (RNA interference) yaitu siRNA (small interference RNA) dan miRNA (micro RNA). mungkin perlu saya bikin thread baru untuk membahas secara mendalam berbagai fungsi non coding RNA ini.

Segmen shuffling itu proses "bongkar pasang" coding segmen DNA guna menghasilkan produk akhir dengan berbagai macam fungsi baru.
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Idad

Kutip dari: Astrawinata G pada Januari 08, 2010, 12:12:53 PM
yang benar "mengkode dua atau lebih protein yang berbeda" :) CMIIW
Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 08, 2010, 11:02:33 PM
@Idad
mRNA mengkode protein, bukan sebaliknya bung idad.
Owh, gitu ya. Saya pikir mRNA itu bisa disebut protein juga..


Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 08, 2010, 11:02:33 PM
mungkin perlu saya bikin thread baru untuk membahas secara mendalam berbagai fungsi non coding RNA ini.
Setuju... ::

Hendy wijaya, MD

Satu gen bisa saja menghasilkan 2 atau lebih mRNA yang berbeda melalui alternative splicing, dan tentu saja menghasilkan protein atau polipeptida yang berbeda. Hampir 50% seluruh gen pada manusia merupakan subyek alternative splicing, dan menghasilkan paling tidak 2 atau lebih mRNA. Jadi dari ~25.000 gen dalam genom manusia, setidaknya menghasilkan > 37.000 produk, jumlah itu belum termasuk jika masing2 protein bisa berinteraksi membentuk multimer dan memiliki efek yang berbeda.

Ingat poin pentingnya, Satu gen bisa menghasilkan 2 atau lebih mRNA, tapi satu mRNA hanya mengkode satu produk. Singkatnya begini prosesnya:
Gen --> transkripsi oleh RNA Polymerase II --> hnRNA (heterogenous nuclear RNA), bisa disebut mRNA yang belum "matang" sebab belum mengalami splicing --> alternative splicing --> mRNA --> translasi --> polypeptida/protein. Jadi kalau sudah menjadi mRNA, ia hanya mengkode satu protein/polipeptida, tapi kalau masih dalam bentuk hnRNA ia bisa mengalami alternative splicing membentuk 2 atau lebih mRNA alternatif.
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Astrawinata G

kalo RNA polimerase I kerjanya gimana ya  dok? ???
Best Regards,


Astrawinata G

Idad

Kutip dari: Hendy wijaya, MD pada Januari 10, 2010, 12:00:34 PM
Ingat poin pentingnya, Satu gen bisa menghasilkan 2 atau lebih mRNA, tapi satu mRNA hanya mengkode satu produk. Singkatnya begini prosesnya:
Gen --> transkripsi oleh RNA Polymerase II --> hnRNA (heterogenous nuclear RNA), bisa disebut mRNA yang belum "matang" sebab belum mengalami splicing --> alternative splicing --> mRNA --> translasi --> polypeptida/protein. Jadi kalau sudah menjadi mRNA, ia hanya mengkode satu protein/polipeptida, tapi kalau masih dalam bentuk hnRNA ia bisa mengalami alternative splicing membentuk 2 atau lebih mRNA alternatif.
Ow., iya2.., baru faham saya..

Hendy wijaya, MD

RNA polymerase pada eukaryot ada 3 macam yaitu RNA polymerase I, II dan III. Pada prinsipnya, semua RNA polymerase memiliki mekanisme kerja yang sama, yaitu melakukan elongasi saat transkripsi menghasilkan molekul RNA, yang membedakannya adalah jenis RNA yang dihasilkannya dan cara perekrutannya dalam transcription complex.

RNA polymerase I mentranskripsikan rRNA (ribosomal RNA),
RNA polyerase II : mRNA, snRNA, snoRNA, & scaRNA
RNA polymerase III : tRNA dan unit rRNA terkecil
Tantum valet auctoritas, quantum valet argumentatio

Astrawinata G

kalau snRNA, snoRNA, dan scaRNA untuk apa Dok? :)
Best Regards,


Astrawinata G