MUTASI GEN dan POLIMORFISME oleh: Asmarinah

Komponen DNA

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

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

Mutasi gen Perubahan pada materi genetik (DNA) yang dapat diturunkan Disebabkan oleh 2mekanisme 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 mRNA, disebabkan oleh adanya delesi atau insersi pasangan basa

Mekanisme terjadinya mutasi Tautomerisasi pada replikasi DNA 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 (HNO2) “Hydroxylating agent”: menghidroksilasi gugus amino pada 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 GM2 menjadi GM3 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 VDAC3 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-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-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 12S & 16S rRNA genes 22 tRNA genes No introns

Genes in Human genome Protein coding regions Non-protein coding regions: rRNAs snRNAs required for rRNA processing snRNAs required for splicing tRNAs Others (telomerase RNA, signal recognition particle RNA molecules, RNA molecules of novel/unknown function)

Genome size Structure Length Number of bp Source Circular single strand Circular double strand Linear double strand 1.6 um 1 mm 50 um 15 mm 5 x 103 (base) 4 x 106 2.1 x 105 6.0 x 107 Bacteriophage X174 E. Coli S. Cerevisiae chromosome 1 Drosophila melanogaster chromosome 2 Structure Length Number of bp Source

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

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

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

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