Bab 36. RNA - Sintesis, Pemrosesan, & Modifikasinya

RN,A: Sintesis, Pemroseson, &ModifikssinyoP. Anthony Weil, PhD & Daryl K\" Granner, MDPERAN BIOMEDIS RNA DISINTESIS DARI CETAKAN DNA OIEH RNA POTIMERASESintesis molekul rnRNA clari DNA adalah suatu proseskornple ks yang nre libatkan sekelompok enzim RNA Proses sintesis llNA dan RNA serupa, yaitu (1) rnr:libatkanpolimcrase clan sejrrml:rh protcin terkait. Thhap-tahap tahap-tahap r-rmum inisiasi, elongasi, dan tcrminasi clenganunlum yang clibr-rtuhkan untuk me nyintesis transkrip prime r arah 5'ke 3'l (2) nrelibatkan kompleks inisiasi rrultikompo-adalah inisiasi, pernanjangan (elongasi), dan penghentian nen berukuran besar; dan (3) mcngikuti aturan pembentu-(ternrinasi). -[blah barryak yang diketahui tentang inisiasi. kan pasangan basa rnetrutut Watson-Cricl<. Nantun, proses sintesis RNA berbeda clirlarn beberapa hal belikr\"rt: (1) dalamSejumlah rcgio DNA (umumnva terletak cli sebelah hilir sintesis RNA, cligunakan ribonukleotida dan brikan deok-dari telnpat inisiasi) dan faktor proteir.r yang rnengikatsekuens-sekrrens ini untuk n-reregulasi inisiasi transkripsi siribonr-rkleotida; (2) di RNA, U menggantikan f sebagaisudah teridentifikasi. RNA tertentLr-khususnya mRNA-memiliki usia hidup vrlng sangat beragam dalarn sebuah pasanUan basa kompleme nter untuk A; (3) primer tidal< bcr- peran dalirm sintesis RNA; (4) har.rya sebagian gerlom yangsel. Kita perlu mamahami prinsip-prinsip dasar sintesis dan ditranskripsikirn atau c{isalin menjadi RNA, sedangkar.r padan-retabolisrle mRNA l<are na nrodulasiproses ini rnengganggu DNA, seluruh genom harus disalin; dan (5) tidak ada fi-rngsiperubahan laju sintesis prorein vang pada gilirannva dapat ltroofeading (pengoreksian) dalam transkripsi RNA.menyebabkan perr.rbahan metirbolik dan f'enotipe. lnilah Proses sintesis RNA dari cetakan DNA plokariot telahcara b:rgaimana semua organisme dapat be radaptasi terhadapperubahan lingkr-rngan. Molekul RNA yang disintesis dalam diteliti secara mendalam. Regulasi sintesis RNA dan pemrosesanse I rnan-ralia me rupakan molekul prekttrsor yang masih harus transkrip RNA sel mama]ia berbeda dari proses yang teriadimerrjalani tahap-tahap berikutnya agar menjadi RNA matur di prokariot, namun proses sintesis R.NA pada kedua kelasyang aktif. Adanya kesalahar.r atau gangguan pada sintesis,pemrosesirn, dan penggabungar.r transkrip mRNA, menjadi organisme yang jauh berbeda ini ternyata cukup rnirip. C)lehpcnyebab tirnbulnya penvakit. karena itu, penjelasan tentang sintesis RNA pada prokariot, yane sudah jauh lebih dipahami, dapat juga diterapkar.r padaRNA MEMPUNYAI EMPAT KETAS UTAMA eukariot meskipr-rrr enzim-enzim yang berperan dan sinyal- si nyal regulatoriknya berbeda (walaupun mirip).Senrua sel eukariot rnemiliki empat kelas utama RNA: RNA Untoi Cetokon DNA Ditrqnskripsikonribosom (rRNA), RNA messengerlperant:rra (mRNA-), RNA Sekuens ribonukleotida dalam srtatu molekul RNA bersifattransfer (IRNA), serta RNA nukleus l<ecil dan mikroRNA komplernenter terl'radap sekuens deoksiribonr-rkleoticla di(snRNA dan rniRNA). \"l'iga kelas RNA pcrtama berperan salah satu untai molekul DNA ur.rtai-ganda (Gambar 34-8). Untai yang ditranskripsikan atau disalin menjadi molekulc.lirlanr sintesis protein, scdatrgkan RNA-RNA kecil berperan RNA disebirt sebagai untai cetakan (template staal) DNA.ydranlaenrd;iprcenrljiahl;irntlm<rn(spclliic'inhgb)eml lR6N-iA, dan regr-rlasi gen. Seperti LJntai I)NA yans satunya (untai noncetakarr) scrine disebut lrcrblsai kelas IlNA ini scbru{ai ttntai pe nvatrcli (codingsnanl) gen tersebttt. I)iseburbcrbcch clrrlarn kebclagatr-rrrrr, strtbiliras, dar.r ittrnhhnya cli scl. 358

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 3seTabel 36-1. Kelas-kelas RNA eukariot Transkrip RNA Kompleks RNAPdemikian karena selain perubahan T menjadi U, untai ini Gambar 36-2. RNA polimerase (RNAP) mengatalisis polimerisasiberkorespondensi secara tepat dengan sekuens transkrip ribonukleotida menjadi sekuens RNA yang komplementer terhadapprimer RNA yang menyandi produk gen (protein). Pada untai cetakan gen. Transkrip RNA memiliki polaritas sama (5' kesuatu molekul DNA untai-ganda yang mengandung banyakgen, untai cetakan untuk masing-masing gennya tidak harus 3') seperti untai penyandi, tetapi mengandung U sebagai penggantiberada di untai yang sama pada heliks ganda DNA (Gambar36-1). Karena itu, salah satu untai molekul DNA untai- T. RNAP f. coll terdiri dari satu kompleks inti dengan dua subunitganda akan berfungsi sebagai untai cetakan untuk sebagiangen dan untai penyandi bagi gen lainnya. Perhatikan bahwa o dan dua subunit B (F dan 0'). Holoenzim mengandung subunit osekuens nukleotida suatu transkrip RNA akan sama (kecuali yang terikat ke susunan inti o200'. Subunit or tidak diperlihatkan.U menggantikan T) seperti yang terdapat di untai penyandi. \"Celembung\" transkripsi adalah suatu area 2O-bp DNA yangInformasi di untai cetakan dibaca dalam arah 3' ke 5'. \"meleleh\", dan kompleks keseluruhan mencakup 3O-75 bp, bergantung pada konformasi RNAP. (1) Pengikatan cetakan \" ATP + NTP (2) lnisiasi rantaiRNA Polimerqse Dependen-DNA Memuloi (S)Terminasi rantai dan promotorTronskripsinyo di Tempot-Tempqf Tertentu, pembebasan RNAPYqitu di Promofor pppApNRNA polimerase dependen-DNA merupakan enzim yang (4) Elongasi rantaibertanggung jawab untuk polimerisasi ribonukleotida Cambar 36-3. Siklus transkripsi bakteri. Transkripsi RNA bakterimenjadi suatu sekuens yang komplementer terhadap untai diuraikan dalam empat langkah berikut: (1) Pengikatan cetakan:cetakan gen (lihat Gambar 36-2 dan 36-3). Enzim melekat RNA polimerase (RNAP) yang mengikat DNA dan mendeteksi lokasi promotor (P) menyebabkan 'melelehnya' kedua untai DNA untukdi tempat tertentu-promotor-di untai cetakan. Hal ini membentuk suatu kompleks prainisiasi (preinitiation complex, PIC). (2) lnisiasi rantai: holoenzim RNAP (inti + salah satu faktor sigma)Gen A BGen Gen C Gen D mengatalisis penggabungan basa pertama (biasanya ATP atau CTP) dengan ribonukleosida trifosfat kedua untuk membentuk suatuGambar 36-7. Cambar ini menerangkan bahwa gen dapat dinukleotida. (3\ Promotor clearance: RNAP mengalami perubahan konformasi setelah panjang rantai RNA mencapai 10-20 nt danditranskripsikan dari kedua untai DNA. Tanda panah menunjukkan kemudian mampu menjauh dari promotor, dan menuliskan unitarah transkripsi (polaritas). Perhatikan bahwa untai cetakan selalu transkripsi. (4) Elongasi (pemanjangan) rantai: Secara berurutandibaca dalam arah 3' ke 5'. Untai yang berlawanan disebut untai residu-residu ditambahkan ke terminal 3'-OH molekul RNA nasen.penyandi karena identik (kecuali perubahan T menjadi U) dengan (5) Terminasi (penghentian) dan pembebasan rantai: Rantai RNAtranskrip mRNA (transkrip primer pada sel eukariot) yang menyandi yang telah lengkap dan RNAP dibebaskan dari cetakan. Holoenzimproduk protein gen. RNAP kembali terbentuk, menemukan promotor, dan siklus tersebut berulang.

360 / BAGIAN IV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASIdiikuti oleh inisiasi sintesis RNA di titik awal dan proses Gambar 36-4. Fotomikrograf elektron salinan-salinan gen RNA ribosom amfibi yang sedang ditranskripsikan. Pembesarannyaberlanjut sampai terbaca adanya sekuens terminasi (Gambar adalah sekitar 6000x. Perhatikan bahwa panjang transkrip meningkat seiring dengan berjalannya molekul RNA polimerase.36-3). Unit transkripsi didefinisikan sebagai regio DNA di sepanjang gen RNA ribosom; tempat awal transkripsi (lingkaran terisi) hingga tempat terminasi transkripsi (lingkaran terbuka). RNAyang mencakup sinyal untuk inisiasi, elongasi, dan terminasi polimerase I (tidak terlihat di sini)terletak di pangkal transkrip rRNA nasen. Karena itu, di ujung proksimal dari gen yang ditranskripsikan,transkripsi. Produk RNA yang disintesis dalam arah 5' ke 3' menempel transkrip-transkrip pendek, sedangkan transkrip yang jauh lebih panjang melekat pada ujung distal gen tersebut. Tandadisebut transkrip primer. Laju transkripsi bervariasi dari gen panah menunjukkan arah transkripsi (5' ke 3'). (Diproduksi ulangke gen, tetapi dapat cukup tinggi. Di Gambar 36-4 disalikan dengan izin dari Miller OL Jr, Beatty BR. Portrait of a gene. i Cell Physiolmikrograf elektron transkripsi yang sedang berlangsung. 1969;74ISuppl 1l:225. Copyright(c) 1969. Dicetak ulang dengan izin dariPada prokariot, mikrograf ini dapat mencerminkan produkbeberapa gen yang berdekatan, sedangkan pada sel mamalia Wiley Liss, lnc., a subsidiary of John Wiley & Sons, lnc.)biasanya mencerminkan produk sebuah gen saja. Terminal regulatorik yang memodifikasi Promoter recognition5' transkrip RNA primer dan RNA sitoplasma matur specifi.city RNA polimerase. Kemunculan beragam faktor obersifat identik. OIeh karena itu, titik awal transkripsi dapat dikaitkan secara temporer dengan berbagai programberkorespondensi dengan nukleotida 5' mRNA. Titik ini ekspresi gen dalam sistem prokariot, misalnya sporulasi,disebut posisi +1, demikian juga nukleotida padanannya di pertumbuhan dalam berbagai keadaan kekurangan nutrien'DNA. Angka-angka bertambah seiring dengan berlanjutnya dan respons terhadap syok panas.sekuens ke arah hilir. Kesepakatan ini mempermudah Sel Momqliq Memiliki Tigo RNA Polimerosepenentuan lokasi regio tertentu, misalnya batas intron dan Dependen-DNA Tersendiriekson. Nukleotida di promotor yang terletak di samping Sifat polimerase mamalia dijelaskan di Thbel 36-2. Masing-tempat inisiasi transkripsi disebut -1, dan angka-angka masing RNA polimerase dependen-DNA ini berperan negatif ini bertambah seiring dengan berlanjutnya sekuens dalam transkripsi berbagai gen' Ukuran RNA polimerase he arah huluyangmenjauhi tempat inisiasi. Hal ini menjadi berkisar dari BM 500.000 sampai 600'000. Enzim-enzim cara konvensional untuk menentukan lokasi elemen-elemen ini jauh iebih kompleks dibanding RNA polimerase regulatorik di promotor. prokariot. Semua enzim tersebut memiliki dua subunit besar tanskrip primer yang dihasilkan oleh RNA polimerase dan sejumlah subunit yang lebih kecil-hingga 14 pada Il-salah satu dari tiga RNA polimerase dependen-DNA nukleus pada eukariot-segera mendapat 'tudung' (cap) oleh 7-metilguanosin trifosfat (Gambar 34-10) yang menetap dan akhirnya muncul di ujung 5' mRNA sitoplasma matur.Tudung ini diperlukan untuk pemrosesan lebih lanjut transkrip primer menjadi mRNA, untuk translasi mRNA, dan untuk melindungi mRNA dari serangan eksonukleolisis. RNA Polimerqse Dependen'DNA Bqkteri Adqloh Suotu Enzim Multisubunit RNA polimerase dependen-DNA (RNAP) pada bakteri Escherichia coli terdapat sebagai suatu kompleks 400 kDa yang terdiri dari dua subunit cr identik, subunit B dan B' yang serupa, tetapi tidak identik, dan satu subunit o:. Beta diperkirakan merupakan subunit katalisis (Gambar 36-2)' RNAB suatu metaloenzim, juga mengandung dua molekul seng (Zn). RNA polimerase inti sel berikatan dengan faktor protein spesifik (faktor sigma [o]) yang membantu enzim inti sel mengenali dan mengikat sekuens deoksinukleotida spesifik di regio promotor (Gambar 36-5) untuk membentuk kompleks prainisiasi (pre-initiation complex, PIC). Faktor sigmamemiliki peran gandadalam proses Pengenalan promotor; ikatan o dengan RNA polimerase inti menurunkan afinitasnya terhadap DNA nonpromotor sekaligus meningkatkan afinitas holoenzim terhadap DNA promotor. Bakteri mengandung banyak faktor o yang masing-masing bekerja sebagai protein

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 361 UNIT TRANSKRIPSI + + +Promotor----------* I Regio yang dihanskripsi Tempat awal transkripsiUntai penyandi 5' r +1 Untai cetakan 3' ' .' I ;:\"* R-e3g5io R-e1g0io L---- $+$fltfi+1,.iti ,rrM$_o.l **o S flankino 3'flankino seguences seguencesGambar 36-.5. Berbagai promotor bakteri (E. coll) memiliki dua regio sekuens nukleotida yangsangat terkonservasi. Regio-regio ini terletak di 35 dan 10 bp sebelah hulu (dalam arah 5,untaipenyandi) dari tempat permulaan transkripsi, yang ditandai dengan +1. Berdasarkan kesepakatan,semua nukleotida di sebelah hulu tempat inisiasi transkripsi (+1) diberi tanda negatif dan disebutsebagai 5'flanking sequences (sekuens pengapit). Juga berdasarkan kesepakatan, elemen sekuensregulatorik DNA (kotak TATA, dsbnya) dijelaskan dalam arah 5' ke 3'dan berada di untai penyandi.Namun, elemen-elemen ini hanya berfungsi di DNA untai-ganda. Perhatikan bahwa transkrip yangdihasilkan dari unittranskripsi ini memiliki polaritas sama atau \"sense\" (yi. orientasi 5' ke 3') sepertiuntai penyandi. Elemen-crs terminasi terletak di ujung unit transkripsi (lihat Cambar 36-6 yang lebihterinci). Berdasarkan kesepakatan, sekuens-sekuens di sebelah hilir tempat penghentian transkripsidisebut sebagai sekuens pengapit 3' (3'-flonking sequence)RNA pol III. RNA polimerase eukariot memiliki banyak polimerisasi di subunit B RNAP (Grlihat analogi rempat Ahomologi dengan RNA polimerase prokariot. Baru-baru dan P di ribosom; lihat Gambar 37-9).ini, homologi ini diperluas ke tingkat struktur tiga dimensi. Kemudian terjadi inisiasi pembentukan molekul RNAFungsi masing-masing subunit belum sepenuhnya dipahami. di ujung 5', sementara elongasi molekul RNA dari ujungBanyak subunit yang mungkin memiliki fungsi regulatorik, 5' ke 3' berlanjut secara siklis, dalam arah antiparalel ter-misalnya membantu polimerase dalam mengenali sekuens hadap cetakannya. Enzim mempolimerisasi ribonukleo-spesifik seperti promotor dan sinyal terminasi. tida-ribonukleotida di sekuens spesifik sesuai dengan untai cetakan berdasarkan aturan pembentukan pasangan basa Suatu toksin pepdda dari jamur Amanita phallaidzs, menurut \Tatson-Crick. Dalam reaksi polimerisasi, pirofos-cr-amanitin adalah inhibitor diferensial spesifik bagi RNA fat dibebaskan. Pirofosfat (PP) ini cepat diuraikan menjadipolimerase dependen-DNA nukleus eukariot dan karenanya 2 mol fosfat inorganik (P,) oleh pirofosfatase (yang terdapat di mana-mana) sehingga reaksi sintesis secara keseluruhansangat berguna sebagai alat untuk riset (Thbel36-2) . cr-Amanitin bersifat ireversibel. Pada prokariot dan eukariot, biasanyamenghambat ffanslokasi RNA polimerase sewaktu transkripsi. ribonukleotida purin adalah molekul pertama yang dipoli- merisasi menjadi molekul RNA. Sama seperri pada eukariot,SINTESIS RNA ADATAH SUATU PROSESSIKTIS & METIBATKAN INISIASI, Tabel 36-2. Tata nama dan sifat RNA polimeraseEIONGASI, DAN TERA,IINASI RANTAI RNA dependen-DNA mamaliaProses sintesis RNA di bakteri-yang diperlihatkan di Gam-bar 36-3-mula-mula berupa pengikatan molekul holoenz-im RNA polimerase pada cerakan di tempar promotor untukmembentukkompleks prainisiasi, atau PIC. Pengikatan inidiikuti oleh perubahan konformasi RNAB dan nukleotidapertama (hampir selalu purin) kemudian berikatan dengantempat inisiasi di subunit B enzim. Dengan adanya nukleo-tida yang sesuai, RNAP mengatalisis pembentukan satu ikat-an fosfodiester, dan rantai nasen kini melekat pada tempat

962 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASItrifosfat 5' pada nukleotida pertama ini juga dipertahankan model-model konsensus sinyal inisiasi transkripsi dan sinyalpada mRNA prokariot. Setelah 10-20 nukleotida dipolime- terminasi.risasi, RNAP mengalami perubahan konformasi kedua yang Pertanyaan \"bagaimana RNAP menemukan temPatmenyebabkan pembersihan promotor (promotor clearan' yang tepat untuk memulai transkripsi?\" bukanlah hai yangce). Setelah transisi ini terjadi, RNAP secara 6sik menjauh sepele mengingat kompleksnya genom. E. coli memtllki 4 xdari promotor, dan mentranskripsikan unit transkripsi serta 103 tempat inisiasi transkripsi dalam 4 x 106 pasangan basamenuju fase berikutnya dari proses, yaitu elongasi. (bp) DNA. Situasi menjadi lebih rumit pada manusia karena Sewaktu kompleks elongasi yang mengandung RNA tersebar hingga 105 tempat inisiasi transkripsi di 3 x 10e bp di DNA. RNAP dapat terikat pada banyak regio DNA' tetapipolimerase berjalan di sepanjang molekul DNA, harus enzim ini memindai sekuens DNA-dengan kecepatan >103terjadi penguraian (untainding) DNA agat tersedia bp/dtk-sampai enzim mengenali regio-regio tertentu DNAakses untuk berlangsungnya pembentukan pasanganbasa nukleotida di untai penyandi. Besarnya geiembung untuk diikat erat. Regio ini disebut promotor' dan pengikatantranskripsi ini (yi. penguraian DNA), konstan selama RNAP pada promotor inilah yang memastikan keakuratan inisiasi transkripsi. Proses Pengenalan-pemakaian promotortranskripsi dan diperkirakan sekitar 20 pasangan basa per adalah target untuk regulasi pada bakteri dan manusia.molekul poiimerase. Oleh karena itu, ukuran regio DNAyang terurai tampaknya ditentukan oleh polimerase dan Promotor Bqkteri Relotif Sederhonqtidak bergantung pada sekuens DNA di kompleks' Hal inimengisyaratkan bahwa RNA polimerase memiliki aktivitas Promotorbakteri memilikipanjang40 nukleotida (40 bp atau\"unwindase\" yang membuka heliks DNA. Kenyataan bahwa empat putaran heliks ganda DNA), suatu regio yang cukup kecil untuk dicakup oleh molekul RNA holopolimerase Eheliks ganda DNA perlu terurai dan untai-untai memisahpaling tidak sesaat untuk transkripsi menunjukkan adanya coli. Di regio promotor konsensus ini terdapat dua elemensuatu gangguan pada struktur nukleosom sel eukariot. RNAPdiikuti dan didahului oleh topoisomerase untuk mencegah sekuens pendekyang terkonservasi. Sekitar 35 bp ke arah huluterbentuknya kompleks superheliks. dari tempat inisiasi transkripsi terdapat sekuens konsensus Terminasi/penghentian sintesis molekul RNA bakteri yang terdiri dari delapan Pasangan basa (5'-TGTTGACA-ditandai oleh satu sekuens di untai cetakan molekul 3') tempat terikatnya RNAP untuk membentuk apaDNA-sinyal yang dikenali oleh protein terminasi, faktor yang disebut closed complex (kompleks tertutup). Lebihrho (p). Rho adalah suatu helikase dependen-AlP yang proksimal dari tempat inisiasi transkripsi-sekitar sepuluhdirangsang oleh RNA dan memutuskan kompleks RNA- nukleotida ke arah hulu-terdapat sekuens pasangan enam nukleotida yang kaya akan A+T (5'-TAIA{T:3'). Elemen-DNA nasen. Setelah sintesis molekul RNA terhenti, elemen sekuens terkonservasi yang membentuk promotorenzim memisah dari cetakan DNA dan terurai untukmembebaskan enzim inti dan faktor o. Dengan bantuan ini diperlihatkan di Gambar 36-5. Sekuens yang terakhirfaktor o lain, enzim inti kemudian mengenali Promotordi tempat sintesis molekul mRNA baru dimulai. Di sel memiliki suhu leleh yang rendah karena sekuens tersebut hanya sedikit memiliki pasangan nukleotida GC. Karena itu,eukariot, mekanisme penghentian sintesis belum terlalu jelas kotak TATA diperkirakan mampu mempermudah disosiasi dua untai DNA sehingga RNA polimerase yang berikatandipahami. Penghentian tampaknya disebabkan baik oleh dengan promotor memiliki akses ke sekuens nukleotidainisiasi maupun penambahan ekor poli(A) 3' mRNA dan untai cetakan tepat di sebelah hilirnya. Jika proses ini telahmungkin melibatkan destabiiisasi kompleks RNA-DNA di dimulai, kombinasi RNA polimerase ditambah promotorregio pasangan-pasangan basa A-U. Lebih dari satu molekul disebut open coTnPlex (kompleks terbuka). Bakteri-bakteriRNA polimerase dapat mentranskripsikan untai cetakan lain memiliki sekuens konsensus yang sedikit berbeda dalamyang sama dari sebuah gen secara bersamaan, tetapi proses promotornya, tetapi pada umumnya bakteri memiliki dua komponen promotor; sekuens-sekuens ini cenderung berada ini berfase dan berjarak sedemikian rupa sehingga setiap saat masing-masing enzim mentranskripsikan bagian sekuens di posisi yang relatif tetap terhadap tempat dimulainya DNA yang berbeda (Gambar 36-1 dan 36-4). transkripsi, dan pada semua kasus, sekuens antara kotak- kotak tidak memiliki kemiripan, namun tetap berfungsiKETEPATAN & FREKUENSI TRANSKRIPSI memudahkan pengenalan sekuens -35 dan -10 oleh DIKENDALIKAN OIEH PROTEIN YANGTERIKAT PADA SEKUENS DNA TERTENTU holoenzim RNA polimerase. Beberapa gen yang berbeda dalam sel bakteri sering dikoordinasikan secara terpadu' Dari analisis sekuens DNA gen-gen tertentu, dikenali adanya sejumlah sekuens yang penting daiam transkripsi gen. Dari Salah satu cara penting untuk mencapai hal ini adalah sejumlah besar gen bakteri yang diteliti, dapat dirancang adanya fakta bahwa gen-gen ko-regulasi ini memiliki sekuens promotor -35 dan-10 yang sama. Promotor-promotor unik

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 363Arah transkripsi - 1lTTTr7p 3' D*o 5', U UUUUUU J U AU .\".. GC r\'\cG cG CG GC 5, t? rranskripRNA {\"\" \")Gambar 36-6. Sinyal terminasi transkripsi bakteri utama yang mengandung pengulangan yang sifatnya terbalik (yangterdapat dalam kotak) lalu diikuti oleh rangkaian pasangan basa AT (atas). Pengulangan terbalik ini, jika ditranskripsikaimenjadi RNA, dapat menghasi I kan struktur sekunder transkrip seperti diperl ihatkan di bagian bawah gambar. Terbeniuknya\"jepit rambut\" RNA ini menyebabkan RNA polimerase berhenti beraktivitas dan kemudian faktor terminasi p berinteraksidengan polimerase ini dan menginduksi terminasi rantai.ini dikenali oleh berbagai faktor o-yang berikatan dengan dari tempat mulai ini bergantung pada suatu sekuensRNA polimerase. nukleotida yang terletak 32 nukleotida sebelah hulu dari tempat dimulainya proses tersebut (yi., di -32) (Gambar Sinyal terminasi transkripsi dependen-Rho E. coli 36-7). Regio ini memiliki sekuens TAIAAAAG dan miriptampaknya juga memiliki sekuens konsensus rerrenru, dengan kotak TATA yang terletak 10 bp di sebelah hulusep€rti diperlihatkan di Gambar 36-6. Sekuens konsen-sus yang terkonservasi ini dengan panjang sekitar 40 pa- dari tempat mulai mRNA prokariot (Gambar 36-5). Mutasi atau inaktivasi kotak THTA sangat mengurangi transkripsisangan nukleotida, mengandung sebuah pengulanganterbalik yang diikuti oleh serangkaian pasangan basa AL gen ini dan banyak gen lain yang mengandung elemen clsSewaktu transkripsi berlanjut melalui penguiangan terbalik konsensus ini (lihat Gambar 36-7, 36-8). Sebagian besarini, transkrip yang dihasilkan dapat membentuk srruktur gen mamalia memiliki kotak TAIA yang biasanya rerlerak'jepit-rambut' intramolekular yang juga diperlihatkan di 25-30 bp sebelah hulu dari rempar awal transkripsi. SekuensGambar 36-6. konsensus untuk kotak TAIA adalah TATAAA meskipun Tianskripsi berlanjut ke dalam regio AI, dan dengan telah banyak ditemukan variasi lain. Kotak TAIA diikatbantuan protein terminasi p, RNA polimerase berhenti oleh protein pengikat TNfA (TATA binding protein,TBP)beraktivitas, terlepas dari kompleks cetakan DNA, dan 34 kDa yang sebaliknya berikatan dengan beberapa proteinmembebaskan transkrip nasen. lain yang disebut TBP-ass ociated factors (TAF) KompleksPromotor Eukcrleif tebih Kompleks TBP dan TAF ini disebut sebagai TFIID. Pengikatan TFIID pada sekuens kotak TAIA diperkirakan merupakan tahapTelah jelas bahwa sinyal di DNA yang mengontroltranskripsi di sei eukariot terdiri dari beberapa tipe. Dua awal pembentukan kompleks transkripsi di promotor.tipe elemen sekuens terletak di sebelah proksimal dari Sejumlah kecil gen tidak memiliki kotak TATA. Padapromotor. Salah satunya mendefi nisikan tempat transkripsi keadaan ini, dua elemen cis lain, sekuens inisiator (Inr)dimulai di sepanjang DNA, dan yang lain ikut berperan dan apa yang disebut sebagai dounstream promoterdalam mekanisme yang mengontrol seberapa sering proses element (DPE, elemen promotor hilir), mengarahkan RNAini berlangsung. Contohnya, di gen timidin kinase virus polimerase II ke promotor dan ketika melakukan prosesherpes simpleks, yang menggunakan faktor transkripsipejamu mamalianya untuk ekspresi gen, terdapat satu tersebut menyebabkan transkripsi basal yang dimulai dari tempat yang tepat. Elemen Inr terdapat di tempat inisiasitempat transkripsi bermula, dan transkripsi yang akurat (dari -3 sampai +5) dan terdiri dari sekuens konsensus umum TCA.r, G/T T T/C yang serupa dengan sekuens tempat inisiasi itu sendiri. (A+1 menunjukkan nukieotida

364 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI, Elemen hulu y'TFIDl.-- proksimal Promotor sp1 -1.-erorotor+lasplGambar J6-7. Elemen transkripsi dan faktor pengikat pada gen timidin kinase (tk) virus herpes simpleks'RNA polimerase lt dependen-DNA (tidak dipe;liha;kan) berikatan dengan regio kotak TATA (yang diikat olehfaktor transkripsi TFIID) untuk membentuk suatu kompleks prainisiasi multikomponen yang mampu memu.laitranskripsi di sebuah nukleotida (+1). Frekuensi ke.jadian ini meningkat oleh keberadaan elemen cis-actingdi hulu (kotak CAAT dan CC). Elemen-elemen ini mengikat faktor transkripsi trans-acting, dalam contoh iniadalah sp1 dan CTF (juga disebut C/EBP, NFI, NFY). Elemen crs ini dapat berfungsi tanpa bergantung padaorientasi (tanda Panah).l*-efsOresi yang diregulasi--------1._- Ekspresi \"basal\" Elemen,Elemenr pprorkosimmalo-t-o+r I *- Promotor -----.-------- IlI.-- re-giiu.lta;toirik =-----> lI<-- I | -l Elemen DPE penguat ..--> (enhancer, +) dan penekan (represor, -) -_----...--->Gambar 36-g.Diagram skematis yang memperlihatkan regio-regio pengontrol transkripsi di suatu gen eukariot penShasilmRNA kelas ll (hip.\"otesis) yrng ditr\",irkripsikan oleh RN,{ polimeras\" il. C\"n ini dapat dibagi menjadi regio- t\"*r.amrrb,Eeeaggnsiugaoil\"a.nptEdeonulreiynkmagine.,dnesi-needkgleua\"emnnndesrunenbggiNuntinditouuyramiuknku,gJmsladensipytreaearlnetmismikeiedrminp\".fsiilinikSkaiairnildkaurhmnaseaknotojulaemdhkipetmloeanmRseNpbnaeAtrKtyaaoanwmngagpglouatnnrkaeghnnirsjnakpywriarpaosbdki.ist(uritmaannntausdll,kaausmpimkaeaunmnmaahmns;ytei+kan1aj)dkn.odReitakepksgrpoiTorteAepsiTnei A'ntiny'Ragaenktgaadioutielemen lnr atau DpE mengarahkan RNA polimerase ll te tempat yang tepat (menentukan ketepatan/fldellty) Pada yang terentang di tempat inisiasi (+1)dapat mengarahkanpromotor yang tidak memiiiki TATA, elemen inisiator (lnr)polimerase kJtempat ini. Komponen lain, elemen-elemen hulu, menspesifikasi frekuensi inisiasi. Di antara elemen-elemen ini, yang paling banyak diteliti adalah kotak CAAT, tetapi beberapa elemen.lain (diikat oleh protein transaktivator digunakan di berbagai gen. Biasanya ekspresi dikendalikan oleh kelas kedua elemenSpj, NFi, Apr]dstnyi) dapat ekspresi serta elemen lainregulatorik cis-acting'.Kelas ini teiiri dari elemen-eiemen yang meningkatkan atau menekanyang memerantarai respons terhaclap berbagai sinyal, termasuik hormon, heat shock (kejutan panas), logam berat, dan6eehlalaeerhmmuisneennbk-eetirmelaerdihmaaa.eddEnaakplsatpeomrrresieseoinbrstiueaptnseitdsadiasfiipiktua-5jnat' ;rkduineikbgl3aaa'nn.likEjo.ullegELmaohkemtanas-eneildilbseaeambtpkeaaangnniahahsuneldukeiulbedeemnakslaee-smrnejaktkiudmoeatnaakskks.tsiemCptaoeapnsl itdfodiakhalnaslaymemam,oakreciaelaeinmtmataenisnnniiy.5paK'roedkkteeesnri3gmg'a,aantnletut(tnakegpomaitanpskeabsTteaAamgTwiauAana)ltranskripsi. Memang, r\"brgiun elemen yang berperan mengatur ekspresi dapat berselingan dengan elemen-elemenhulu, atau dapat terletak di sebelah hilir dari tempat inisiasi'

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 365pertama yang dirranskripsikan). Protein yang mengikat dan komponen lain perangkat transkripsi basal memastikanInr untuk mengarahkan pol II antara lain adalah TFIID. ketepatan inisiasi.Prom.otor yang memiliki baik kotak TAIA maupun Inr dapat Oleh karena itu, promotor dan elemen-elemen hulu czi-lebih kuat dibandingkan promoror yang hanya memilikisalah satu dari elemen-eiemen ini. DPE memiliki sekuens actiue proksimal promotor menjamin ketepatan dan frekuensikonsensus A/GGA/T CGTG dan terletak sekitar 25 bp arahhilir dari rempat awal +1. Seperti Inr, sekuens DPE .iuga inisiasi suatu gen. Kotak TATA memiliki persyaratan ketatberikatan dengan subunit TAF milik TFIID. Dalam suatusurvei terhadap lebih dari 200 gen eukariot, sekitar 30% akan posisi dan orientasi. Perubahan saru basa di salahmengandung saru kotak TATA dan lnr, 25o/o mengandungInr dan DPE, 15o/o mengandung ketiga elemen, semenrara satu elemen czi ini akan menimbulkan efek dramatis padasekitar 300/o hanya mengandung Inr. fungsi dengan mengurangi afinitas pengikatan faktor trans Sekuens-sekuens yang terletak di sebelah hulu dari (TFIID/TBP atau Sp1, CTF, d\"n faktor-faktor serupa). Jarak elemen-elemen ini dari rempat awal transkripsi jugatempat awal menenrukan seberapa sering proses transkripsi dapat sangat penting. Hal ini terurama berlaku untuk kotakberlangsung. Mutasi di regio ini mengurangi frekuensi awal T,{lA, Ina dan DPE.transkripsi sebesar sepuluh sampai dua puluh kali. Yang khas Terdapat kelas ketiga elemen-elemen sekuens yang dapat meningkatkan atau menurunkan laju inisiasi transkripsi gendari elemen-elemen DNA ini adalah kotak GC dan CAAT, eukariot. Elemen-elemen ini dinamai enbancers (penguat)yang dinamai demikian karena sekuens-sekuens DNA yangada. Seperti diperlihatkan di Gambar 36-7, masing-masing atau represor (atau si hnc er, peredam), bergantun g pada efekkotak tersebut mengikat protein spesifik, Spl pada kasuskotak GC dan CTF (atau C/EBB NF1, NF) oleh kotak yang ditimbulkannya. Elemen,elemen ini dapat ditemukan di berbagai lokasi baik di hulu maupun hilir dari rempatCAAT; keduanya berikatan melalui domain-domain pengikat awal transkripsi dan bahkan di daiam bagian gen yangDNA (D,A/,4 binding domains, DBD) tertentu. Frekuensi ditranskripsikan. Berbeda dengan elemen-elemen promotorinisiasi transkripsi adalah konsekuensi dari interaksi protein, proksimal dan hulu, enhancers dan silencer dapat berefek ketika berada rarusan atau bahkan ribuan basa jauhnyaDNA ini dan interaksi kompleks antara domain rerrenru dari unit transkripsi yang terletak di kromosom yang sama.faktor transkripsi (berbeda dari domain DBD-apa yang Yang mengejutkan, enltancer dan silencer dapat berfungsidisebut sebagai domain pengaktifan; actiaation domain, LD) tanpa bergantung pada orientasi. Ratusan elemen ini telahprotein-protein ini dengan perangkat transkripsi lainnya ditemukan. Pada sebagian kasus, persyaratan pengikatannya(RNA polimerase II dan faktor basal TFIIA, B, D, E, F) (Lihat sangat ketat; pada yang lain, terjadinya variasi sekuensbawah dan Gambar 36-9 dan 36-i0). Interaksi protein- dimungkinkan. Sebagian sekuens berikatan hanya denganDNA di kotak TAIA yang melibatkan RNA polimerase II satu protein, tetapi kebanyakan berikatan dengan beberapa protein berbeda. Demikian juga, satu protein dapat berikatan dengan lebih dari satu elemen.-5lr0rl -30 -10 , +i0 +30 +50Gamhar 36'9. Kompleks transkripsi basal eukariot. Pembentukan kompleks transkripsi basal dimulai ketika TFIID mengikat kotak TATA.Kompleks ini mengarahkan pembentukan beberapa komponen lain melalui interaksi protein-DNA dan antarprotein. Kompleks keseluruhanterentang dari posisi -30 sampai +30 relatif terhadap tempat inisiasi (+.1, ditandai oleh panah Iengkung). Struktur di tingkat atom (denganpemeriksaan sinar X) dari RNA polimerase ll saja dan dari TBP yang terikat pada DNA promotor TATA pada keberadaan TFll atau TFIIA telahberhasil diketahui pada resolusi 3 A. Struktur kompleks TFIID dan TFIIH telah diketahui dengan pemeriksaan mikroskop elektron pacla resolusi30 A. Karena itu, struktur molekular perangkat transkripsi kini telah mulai terungkap. Bariyak informasi tentang struktur ini yang konsistendengan model yang disajikan di gambar ini.

366 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI Laiu Laju transkripsi transkripsiffi* @w I TATA I nrr * @crr '\"1 CAAT l-TmTGC(mBFBTeea)lFpnlmmMF,idn,ubodagndidarpkgaieraeknTltriJknlFriT6ahekIFn-IaakD1tIrnkIu0tHrtat.eami)nnrnDiedtkseutniakepra.ratreipikmApkrsslaakiioih.ttdiddavaSpeeatakenkltmdoaoguarntaunanatkktsruoaekkTktbnooaAasmmkpgTkepparCAinioipe.AynsskuBAietssreTnCuubT,kTnekBtmFaruoapnremmp-makbpekoebonlTerremgbiAkpniekpFiltenualter(tkktuakkskosknsoasbutktokaaarrtvastkiiuvpaanaslClsttikybooAraberi.A)pnapsssgaijtuaiJrdsgl.taauayinknsdab)tanlibeefhg-eKnrdiadigkonadiakmltnuautepak.nrmlniaeTgskkokBdsdsadPeienentnrkdlgagideanunainninsngCkdtTaurabainBkpmepPsrasbbiinutaaPtabmregatarau3edasia6nmkak-gsolac9iiadkonkdia(nasytettiuiovn.askahguRkotaotntNiiannrvAkdia,T(PitdTAsoapAulFrllraTaoddtymAumaaa,nnnaohdgktTakaotFlitonrveliaalnrsAkiktikeoo,tatrirmevTAtlatpFaFrptallhoael)Bn'dkrss,asHudkTbaaryTFiulplaBaInInsimPEniigt'i''terbentuk dapat bekerla Penuh.Hortnone resPonse elements (untuk steroid, T., asam 3' nRNA dibentuk pascatranskripsi dan agaknya digabungretinoat, peptida, dsbnya) bekerja sePerti-atau bersama dengan proses atau struktur yang terbentuk pada saat dandengan-enhancer silencer (Bab 42). Proses-proses lain ,.-p\", inisiasi, bergantung pada struktur khusus di salahyang m€ningkatkan^taautau meredam ekspresi gen-misalnya satu- subunit RNA polimerase II (CTD; lihat bawah) danrespons terhadap kejutan panas (heat shock), Iogam betat tampaknya melibatkan paling tidak dua tahap' Setelah RNA polimerase melalui regio unit transkripsi yang menyandi(Cd'?- dan Zn2-), dan beberapa bahan kimia toksik (mis' ulu\"g :' transkrip, transkrip primer kemudian diputus olehdioksin)-diperantarai melalui elemen regulatorik spesifik'Ekspresi gen spesifik-jaringan (mis. gen albumin di hati, gen suatu RNA endonuklease di posisi sekitar 15 basa 3' darihemoglobin di retikulosit) juga diperantarai oleh sekuens sekuens konsensus AAUAAA yang pada eukariot berfungsiDNA tertentu. sebagai sinyal pemutusan. Alhirnya, ujung 3' yang baruTerminosi Tronskripsi Diotur oleh terbentuk ini mengalami poliadenilasi di nukleoplasmaSinyol Spesifik seperti diuraikan kemudian.Sinyal untuk menghentikan transkripsi yang berasaldari RNA polimerase II sel eukariot masih belum banyak KOMPTEKS TRANSKRIPSI PADAdiketahui. Namun, jauh di sebelah hilir pada sekuens EUKARIOTpenyandi gen eukariot tampaknya terdapat sinyal-sinyal Pada sel eukariot, terdapat suatu perangkat kompleksierminasi. Contohnya, sinyal penghentian transkripsi yang terdiri dari hingga 50 jenis protein untuk menjaminuntuk B-globin mencit terdapat di beberapa posisi 1000- k.\"k rr*t\".t dan keteraturan transkripsi gen' Enzim RNA2000 basa di luar tempat yang akan diisi oleh ekor poli(A)'Tidak banyak yang diketahui tentang proses terminasi polimerase (pol I, pol II, dan pol III masing-masing untukatau apakah terdapat peran faktor terminasi spesifik seperti gen kel\", I, II, dan III) mentranskripsikan informasi difaktor p bakteri. Namun, telah diketahui bahwa terminal untai cetakan DNA menjadi RNA. Polimerase ini harus mengenaii suatu temPat spesifik di promotor agar dapat ,rr.r*rl*i transkripsi di nukleotida yang tePat' Berbeda

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 367dari situasi pada prokariot, RNA polimerase eukariot saja promotor. TFIIF secara struktural dan fungsional serupatidak mampu membedakan antara sekuens Promotor dengan faktor o bakteri dan diperlukan untuk penyalurandan regio-regio lain DNA; karena itu, pengikatan enzim pol II ke promotor. Penambahan TFIIE dan TFIIH adalah tahap finai dalam pembentukan PIC. TFIIE tampaknyaini pada promotor spesifik dan pembentukan kompleks menggabungkan kompleks dengan pol II-TFIIF, dan TFIIH kemudian direkrut. Masing-masing dari proses pengikatan iniprainisiasi (PIC) dibantu oleh protein lain yang dikenalsebagai general transcription factors (GfF). Kombinasi memperpanjang kompleks hingga akhirnya mencapai sekitarberbagai komponen ini dapat mengatalisis transkripsi basal 60 bp (dari -30 sampai +30 relatif terhadap +1, nukleotidaatau transkripsi (non)-unregulated in vitro. Protein-proteinlain-yaitu koaktivator-membantu mengatur laju inisiasi transkripsi) (Gambar 36-9). PIC kini telah lengkap dantranskripsi dengan berinteraksi dengan aktivator transkripsi mampu mentranskripsikan DNA dari nukleotida yangyang mengikat elemen-elemen DNA di sebelah hulu (lihat tepat. Di gen yang tidak memiliki kotak TATA, diperlukanbawah). faktor-faktor yang sama, termasukTBP Pada kasus semacam ini, Inr atau DPE (lihat Gambar 36-8) meletakkan kompleksPembentukon Kompleks Trqnskripsi Bqsol tersebut agar inisiasi transkripsi berlangsung akurat.Pada bakteri, suatu kompleks faktor o-polimerase secara Fosforilosi Mengokrifkqn Pol llseiektif berikatan dengan DNA di promotor untuk Pol II eukariot terdiri dari 72 subunit. Dua subunit terbesar,membentuk PIC. Pada gen eukariot, situasinya lebih rumit. keduanya sekitar 200 kDa, homolog dengan subunit B dan B' bakteri. Selain jumlah subunit yang lebih banyak, polDi sini dijelaskan gen kelas Il-gen yang ditranskripsikan oleh II eukariot berbeda dari padanannya di sel prokariot yaitupol II untuk menghasilkan mRNA-sebagai contoh. Pada genkelas II, fungsi faktor o dilaksanakan oleh sejumlah protein. bahwa enzim ini memiliki serangkaian penguiangan heptadSelain pol II, transkripsi basal memerlukan sejumlah GTF dengan sekuens konsensus Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Seryang disebut TFIIA' TFIIB, TFIID, TFIIE TFIIR danTFIIH. Berbagai GTF ini berfungsi mendorong transkripsi di terminal karboksil subunit terbesar pol II. CarboxylRNA polimerase II pada hampir semua gen. Sebagian GTFini terdiri dari banyak subunit. TFIID yang mengikat terminal rePedt domain (domain pengulangan terminalelemen promotor kotak TAIA, adalah satu-satunya faktor karboksil) ini memiliki 26 unit yang berulang pada sel ragiyang mampu mengikat sekuens spesifik di DNA. Seperti bir dan 52 rnit pada sel mamalia. CTD adalah substratdijelaskan sebelumnya, TFIID terdiri dari protein pengikat bagi beberapa kinase, termasuk komponen kinase TFIIH'T,{lA (TBP) dan 14 faktor terkait-TBP (TAF). dan tempat pengikatan bagi beragam protein. CTD telah dibuktikan dapat berinteraksi dengan enzim-enzim TBP berikatan dengan kotak TAIA di alur minor pengolah RNA; pengikatan semacam ini dapat berperan dalam poliadenilasi RNA. Pengikatan faktor-faktor denganDNA (sebagian besar faktor transkripsi berikatan di alurmayor) dan menyebabkan pembengkokan sekitar 100 CTD RNA polimerase II (dan komponen lain perangkatderajat pada heliks DNA. Pembengkokan ini diperkirakan basal) tampaknya berfungsi menggabungkan inisiasiakan mempermudah interaksi faktor terkait-TBP dengankomponen lain kompleks inisiasi transkripsi dan mungkin dengan pembentukan ujung 3' mRNA. Pol II menjadidengan faktor yang terikat pada elemen-elemen di sebelahhulu. Meskipun didefinisikan sebagai komponen promotor aktif jika mengalami fosforilasi di residu Ser dan Thr dan memperlihatkan penurunan aktivitas jika CTD mengalamigen kelas II, namun TBB berkat ikatannya dengan TAF defosforilasi. Fosforilasi CTD sangat penting untukspesifik-polimerase, juga merupakan komponen penting dari pembersihan promotor, elongasi, terminasi' dan bahkankompleks inisiasi kelas I dan kelas III bahkan jika kompleks- pemrosesan mRNA yang benar. Pol II yang tidak memilikikompleks tersebut tidak mengandung kotak TATA. ekor CTD tidak mampu mengaktifkan transkripsi, yang Pengikatan TBP menandai suatu promotor spesifik menggaris-bawahi pentingnya domain ini.untuk transkripsi dan merupakan satu-satunya tahap dalam Pol II berikatan dengan protein-protein lain yangproses penyusunan PIC yang seluruhnya bergantung padainteraksi protein-DNA spesifik berafinitas tinggi. Dari dinamai proten Med atau Mediator untuk membentukbeberapa tahap in vitro selanjutnya, yang pertama adalah suatu komplela hoioenzim; kompieks ini dapat terbentuk dipengikatan TFIIA, kemudian TFIIB pada kompleks TFIID- promotor atau dalam larutan sebeium PIC terbentuk. Padapromotor. Hal ini menghasilkan suatu kompleks tripel stabil sel ragi (yeast), palingtidak25 produk gen berikatan denganyang kemudian memiliki lokasi lebih tePat dan terikat lebih CTD. Protein Med esensial untuk mengatur transkripsierat pada tempat inisiasi transkripsi. Kompleks ini kemudianmenarik dan menambatkan kompleks pol II-TFIIF pada pol II dengan benar meskipun peran pasti protein-protein ini masih perlu diperjelas. Protein-protein terkait lain yang membentuk RNA polimerase II pernah ditemukan pada sel manusia (>30 protein, Medl-Med3 1).

368 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASIPerqn Aktivqtor & Kooktivqfor Trqnskripsi Tabel 36-4. Tiga kelas faktor transkripsi pada gen kelas llTFIID semula dianggap sebagai protein tunggal. Namun, Komponen bosol i reB rrila, B, E, F, don Hbeberapa bukti menunjukkan bahwa TFIID ternyata Kookfivotor \",\"1 i TAF (TBP + TAF) = TFIID;merupakan suatu kompleks yang terdiri dariTBP dan 14 TAF.Bukti pe rtama bahwaTFIID lebih kompleks daripada sekadar \"t, , , , i Medmolekul TBP berasal dari pengamatan bahwa TBP mengikat Aktivotor ',' i sRt, Rtg cTF, APl, dsbnyosegmen DNA hingga 10 bp, tepat di atas kotak TAIA gen,sedangkan holo-TFIID mencakup regio 35 bp atau regio ini berinteraksi untuk mengatur tempat dan frekuensiyang lebih besar iagi (Gambar 36-9). Bukti yang kedua; TBP transkripsi adalah suatu pertanyaan yang sangat penting.memiliki massa molekul 20-40 kDa (tergantung spesiesnya), Duo Model yong Menieloskonsedangkan kompleks TFIID memiliki massa sekitar 1000 Pembentukon Kompleks ProinisiqsikDa. Bukd yang terakhir dan mungkin terpenting; TBP Pembentukan PIC yang dijelaskan di atas didasarkan padamendukung transkripsi basal tetapi tidak transkripsi yang penambahan sekuensial komponen-komponen murni dalamdiinduksi oleh aktivator tertentu, mis. Sp1 yang terikat padakotak GC. TFIID, di pihak lain, mendukung baik trankripsi eksperimen invitro. Hal esensial dalam model ini adalah bahwabasal maupun transkripsi yang diperkuat oleh Sp1, Oct1, pembentukan berlangsung di cetakan DNA. Oleh karenaAPl, CTF, ATF, dsbnya (Tabel 36-3). TAF esensial bagi itu, aktivator transkripsi, yang memiliki domain autonomtranskripsi yang dipacu oleh aktivator ini. Masih belum untuk mengikat dan mengaktilkan DNA (lihat Bab 38),jelas apakah terdapat satu atau beberapa bentuk TFIID diperkirakan berfungsi dengan menstimulasi pembentukanyang mungkin berbeda sedikit dalam komplemen TAFnya. PIC atau fungsi PIC. Koaktivator TAF dianggap sebagaiDapatlah diterima bahwa berbagai kombinasi TAF dengan jembatan yang menghubungkan aktivator di hulu. proteinTBP-atau satu dari beberapa faktor mirip-TBP (TLF) yangbaru ditemukan-dapat berikatan dengan promotor yang yang berikatan dengan pol II, atau banyak komponen lainberbeda-beda, dan laporan-laporan terakhir menunjukkan TFIID. Dalam pandangan ini, yang menganggap bahwabahwa hal ini dapat menjadi penyebab aktivasi selektif yang PIC tersusun secara bertahap-didorong oleh berbagaidijumpai pada berbagai promotor dan perbedaan kekuatan interaksi antara aktivator, koaktivator, dan komponen PlC-diperlihatkan di panel A Gambar 36-10. Model inipromotor-promotor tertentu. TAF, karena diperlukanuntuk kerja aktivator, sering disebut sebagai koaktivator. didukung oleh pengamatan bahwa banyak protein ini yangOleh karena itu, terdapat tiga kelas faktor transkripsi yang memang dapat berikatan satu sama lain in vitro.terlibat dalam regulasi gen kelas II: faktor basal, koaktivator, Bukti-bukti terkini menemukan bahwa mungkindan represo r-aktivator (Tab el 3 6 - 4) . Cara kelas-kelas p ro tein terdapat mekanisme lain dalam pe mbentukan PIC dan regulasi transkripsi. Pertama, di dalam ekstrakTabel 36-3. Sebagian elemen kontrol transkripsi, sel ditemukan komplek-kompleks besar GTF dansekuens konsensusnya, dan iaktor yang berikatan pol II yang belum terbentuk, dan kompleks ini dapatdengannya yang ditemukan di gen mamalia danditranskripsikan oleh RNA polimerase ll berikatan dengan promotor dalam satu tahap. Kedua, laju transkripsi yang dicapai ketika aktivator ditambahkan ke lls'F,, holoenzim pol II dapat diimbangi dengan meningkatkanDaftar lengkap akan memuat lusinan contoh Tanda bintang* berati bahrva; konsentrasi holoenzim pol II tanpa keberadaan aktivator.terdapat beberapa anggota dalam {amili ini. Oleh karena itu, aktivator tidak mutlak diperlukan untuk membentuk PIC. Pengamatan-pengamatan ini mendorong timbulnya hipotesis \"rekrutmen\" y\"tg kini telah diuji secara eksperimental. Secara sederhana, perar-r aktivator dan koaktivator mungkin hanya merekrut kompleks holoenzim-GTF yang sudah terbentuk ke promotor tersebut. Kebutuhan akan domain pengaktifan diatasi jika kornponen TFIID atau holoenzim pol II ditambatkan secara artifisial, dengan menggunakan teknik DNA rekombinan, pada domain pengikat DNA (DBD)

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 369suatu aktivator. Penambatan ini, melalui komponen DBD lebih kecil dan penggabungan reaksi nukleolisis dan ligasimolekul aktivator, menghasilkan struktur yang kompeten (sp lic ing of exons) . Namun, p roses transkripsi, pengolahansecara transkripsional, dan domain pengaktifan aktivator RNA, dan bahkan transpor RNA dari nukleus sangattidak lagi dibutuhkan. Pada keadaan ini, peran domain terkoordinasi. Memang, koaktivator transkripsi yang disebutpengaktifan dan TAF adalah untuk membentuk suatu SAGA pada sel ragi dan P/CAF pada sel manusia diperkirakansusunan yang mengarahkan kompleks holoenzim-GTF(yang sudah jadi) ke promotor; keduanya tidak membantu menghubungkan pengaktifan transkripsi dengan pengoiahanpembentukan PIC (lihat panel B, Gambar 36-10). Dalam RNA melalui perekrutan suatu komplela kedua yang disebut TREX ke elongasi transkripsi, splicing (penggabungan), danmodel ini, efisiensi proses rekrutmen secara langsung ekspo r dari nukleus. TREX (4an s c r ip t i o n - e&p o rt) mertp akan penghubung molekular antara kompleks elongasi transkripsi,menentukan laju transkripsi suatu promotor. Hormon-dan efektor lain yang berfungsi menyalurkan perangkat untuk menggabungkan RNA, dan ekspor dari nukleus (lihat Gambar 36-11). Penggabungan inisinyal yang berkaitan dengan lingkungan ekstrasel- diperkirakan meningkatkan ketepatan dan laju pergerakanmemodulasi ekspresi gen dengan memengaruhi penyusunan mRNA secara drastis ke sitoplasma untuk translasi.dan aktivitas kompleks aktivator dan koaktivator serta Pada sel mamalia, 50-75o/o RNA nukleus tidakpembentukan selanjutnya PIC di promotor gen sasaran (lihat membentuk mRNA sitoplasma. Pengurangan RNA nukleus ini jauh lebih besar dibanding pengurangan yangBab 42). Banyaknya komponen yang terlibat mengisyaratkanbesarnya kombinasi (dan karenanya, aktivitas transkripsi mungkin terjadi akibat hilangnya sekuens-sekuens selasuatu gen) yang mungkin terjadi. Penting dicatat bahwa saja (lihat bawah). Oleh karena itu, fungsi Pasti transkriPkedua model tidak saling meniadakan-pembentukan PIC yang tampaknya berlebihan dalam nukleus sel mamalia inibertahap versus pembentukan PIC yang diperantarai oleh belum diketahui, meskipun ditemukannya miRNA dapatholoenzim. Memang, dapat diperkirakan adanya skenario menjelaskan sebagian transkripsi ini.yang lebih rumit dan melibatkan elemen-elemen dari kedua Bogion Penyondi (Ekson) pqdo Sebogionmodel yang bekerja pada sebuah gen. Besqr Gen Sel Eukoriot Diselingi oleh lnfronMOIEKUI RNA BIASANYA DIPROSES Di dalam bagian-bagian penyandi asam amino (ekson) dariSEBETUM MENJADI FUNGSIONAT banyak gen, terselip sekuens-sekuens panjang DNA yang tidak ikut menentukan informasi genetik yang akhirnyaPada organisme prokariot, transkrip primer gen-gen penyandi ditranslasikan menjadi sekuens asam amino molekulmRNA mulai berfungsi sebagai cetakan translasi bahkan protein (lihat Bab 35). Pada kenyataannya, sekuens-sebelum transkripsi selesai. Hal ini terjadi karena tempat sekuens ini benar-benar menginterupsi regio penyanditranskripsi tidak mengalami kompartementalisasi seperti gen struktural. Pada eukariot tingkat-tinggi, sekuens-pada organisme eukariot. Oleh karena itu, pada sel prokariot sekuens sela (interuening sequences, intron) ini terdapattranskripsi dan translasi beriringan. Konsekuensinya, mRNA di sebagian besar (tetapi tidak semua) gen penyandiprokariot tidak banyak mengalami pengolahan sebelum mRNA. Transkrip primer sebagian besar gen penyandimelaksanakan fungsinya dalam sintesis protein. Regulasi mRNA (protein) mengandung RNA yang komplementer dengan sekuens-sekuens sela tersebut. Namun, sekuenssebagian gen (mis. operon Tip) mengand:rlkan penggabungan RNA intron dikeluarkan dari transkrip, dan ekson-ekson transkrip disatukan di nukleus sebelum molekul mRNAtranskripsi dan translasi ini. Molekul IRNA dan rRNA muncul di sitoplasma untuk ditranslasikan (Gambar 36- 12 dan 36-13). Salah satu spekulasi mengenai organisasiprokariot ditranskripsikan dalam unit-unit yang jauh lebih gen ekson-intron ini adalah bahwa ekson, yang seringpanjang dibanding molekul akhirnya. Pada kenyataannya,banyak unit transkripsi IRNA mengandung lebih dari satu menyandi domain aktivitas suatu protein, mencerminkan car:a yang tepat untuk mengocok informasi genetik yangmolekul. Karena itu, pada prokariot molekul prekursor memungkinkan organisme menguji hasil penggabunganIRNA dan IRNA ini perlu diproses untuk menghasilkan domain-domain fungsional protein baru secara cepat.molekul fungsional matur. lntron Dikeluorkon & Ekson Disofukon Hampir semua transkrip primer RNA eukariot Berbagai mekanisme yang mengatur pengeluaran intron- intron dari transkrip primer di nukleus, pengikatan ekson-mengalami pengolahan el<stensif diantara waktu transkriptersebut disintesis hingga saat transkrip tersebut menjalankanfungsi utamanya, baik sebagai mRNA maupun sebagaikomponen perangkat translasi seperti IRNA, RNA 55, atauIRNA atau perangkat pemrosesan RNA, snRNA. Pengolahanini terutama berlangsung di dalam nukleus dan mencakuppemotongan nukleolitik menjadi molekul-molekul yang

37O / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI Membran nukleus ,'/ \"t/ E(t 5'-CAP (JL \ to anFaKor pengemas mRNA (TREX +++)Gambar 36-ll,Iranskripsi gen mRNA yang diperantarai oleh RNA polimerase ll digabungkan secarakotranskripsional dengan pengolahan dan transpor RNA. Di sini diperlihatkan bahwa RNA pol ll secaraaktif mentranskripsikan sebuah gen penyandi mRNA (elongasi dari atas ke bawah gambar). Faktor-faktoryang memproses RNA (yi., faktor penggabung yang mengandung motif-SR/RNP serta faktor poliadenilasidan terminasi) berinteraksi dengan domain CTD pol ll, sedangkan faktor pengemas RNA seperti kompleksTHO/TREX direkrut ke transkrip primer mRNA nasen melalui interaksi pol ll langsung seperti diperlihatkanatau melalui interaksi dengan faktor penggabung/SR yang ada di mRNA nasen. Pada keduanya, rantaimRNA nasen diperkirakan diproses lebih cepat dan lebih akurat karena rekrutmen cepat faktor-faktor inike rantai mRNA (prekursor) yang sedang terbentuk. Setelah pemrosesan mRNA yang sesuai, mRNA yangmatur disalurkan ke pori-pori nukleus yang terdapat di membran nukleus. Setelah diangkut melalui poriini, mRNA dapat berikatan dengan ribosom dan ditranslasikan menjadi protein (Diambil dari Jensen et al.(2005). Molecular Cell 11:1129).ekson untuk membentuk molekul mRNA, dan pengangkutan terbentuk sebelum berinteraksi dengan prekursor mRNA.molekul mRNA ke sitoplasma terus diungkap. Dilaporkanterdapat empat mekanisme reaksi splicing yang berbeda. Snurps diperkirakan menempatkan segmen-segmen RNASalah satu yang tersering digunakan di sel eukariot dijelaskan untuk reaksi penggabungan yang diperlukan. Reaksi penggabungan dimulai dengan pemutusan di taut eksondi bawah ini. Meskipun sekuens-sekuens nukleotida dalam 5' (donor atau kiri) dan intron (Gambar 36-12). Hal iniintron berbagai transkrip eukariot-dan bahkan dalamsatu transkrip-cukup heterogen, namun terdapat sekuens- dilakukan oleh serangan nukleofilik oleh residu adenilil disekuens yang cukup terkonservasi di masing-masing dari dua sekuens titik cabang yang terletak tepat di hulu ujung 3' intron ini. Terminal 5' yang bebas kemudian membentuktaut ekson-intron (splice) dan di percabangan yang terletak20-40 nukleotida sebelah hulu dari tempat penggabungan 3' suatu iengkung atau struktur tali jeratllaso yang disatukan(lihat sekuens konsensus di Gambar 36-13) . Suatu kompleksmultikomponen khusus, sltliceosome, berperan dalam oleh ikatan tak-lazim 5'-2' fosfodiester pada A reaktif dimengubah transkrip primer menjadi mRNA. Spliceosometerdiri dari transkrip primer, lima RNA nukleus kecil (U1, sekuens cabang PyNPyPyPuAPy (Gambar 36-13). ResidurJ2,U5, U4, dan U6) dan lebih dari 60 protein, yang banyakdi antaranya mengandung motif protein \"RNP\" dan \"SR\" adenilil ini biasanya terletak 28-37 nukleotida sebelah huluyang terkonservasi. Secara kolektif, spliceosome membentukkompleks ribonukleoprotein kecil (small ribonacleoprotein dari ujung 3' intron yang dikeiuarkan. Tempat percabangancotn?Ietci snRNP), yang kadang-kadang dinamai \"snurp\". mengidentifikasi tempat penggabungan 3'. PemutusanBesar kemungkinannya 6ahwa spliceosozzr penta-snRNP kedua dilakukan di taut intron dengan ekson 3' (donor di kanan). Pada reaksi transesterifikasi kedua ini, hidroksil 3' dari ekson hulu menyerang fosfat 5' batas ekson-intron hilir dan struktur laso yang mengandung intron dibebaskan dan dihidrolisis. Ekson 5' dan 3' diikat untuk membentuk sekuens kontinu.

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 371 Ekson I Ekson 2 {llil5'rudunsN-c#n- P,o^ 3'Transkrip primer 3' Y oZro\" ;,\"jilfl il.||\"f'\"* ruauns $clc-;ruornsffi-oH ill+r,,,1111 , o. Pembentukan tali Jerat ) vTudung ffi^An Dipotong di ujung 3'inlTudung N I Ligasi ujung 3'ekson r. 1 dengan ujung 5'eks( '/- A. dan lntron dicernaCambar 36-12,Pengolahan transkrip primer menjadi mRNA. Pada transkrip hipotetis ini, ujung 5'(kiri) intron dipotong (J) dan terbentuk suatu'tali jerat' (lariat) antara C di ujung 5' intron dan A didekat ujung 3', di sekuens konsensus UACUAAC. Sekuens ini dinamai tempat percabangan, danbagian A yang paling mendekati 3'membentuk ikatan 5'-2'dengan C. Ujung 3'(kanan) intronkemudian dipotong (.l.). Pemotongan ini membebaskan'tali jerat'yang kemudian dicerna, danekson 1 disatukan ke ekson 2 di residu C. snRNA dan protein-protein terkait dibutuhkan untuk 5', yaitu titik percabangan dengan A reaktifnya, dan tempat penggabungan 3'. Susunan ini diperkuat oleh U5. Proses inimembentuk berbagai struktur dan zat antara. Ul di dalam juga menyebabkan terbentuknya lengkung atau struktur tali jerar. (lariat). Kedua ujung diputus, mungkin oleh U2-U6komplela snRNP mula-mula berikatan melalui pembentukan di dalam kompleks snRNP. U6 jelas esensial karena sel ragipasangan basa ke batas ekson-intron 5'. U2 di dalam kompleks yang kekurangan snRNA ini tidak dapat hidup. Penting dicatatsnRNP kemudian berikatan melalui pembentukan pasangan bahwa RNA berfungsi sebagai agen pengatalisis. Rangkaianbasa dengan tempat percabangan, dan hal ini menyebabkan proses ini kemudian diulang di gen-gen yang mengandungresidu A nukleofilik terpajan. ll5lU4lU6 di dalam kompietra banyak intron. Dalam hal ini, setiap g€n mengikuti polasnRNP memerantarai pengu raian (unwinding) yang dependen- tersendiri, dan intron tidak harus dikeluarkan sesuai urutan-AIP dan diperantarai oleh protein serta menyebabkan 1, kemudian 2, kemudian 3, dstnya.perubahan kompleks pasangan basa kompleks U4-U6 Hubungan antara hnRNA dan mRNA matangsehingga U4 terlepas. U6 kemudian mampu berinteraksi, padanannya di sel eukariot kini mulai jeias. Molekul hnRNAmula-mula dengan U2 dan kemudian dengan Ul. Interaksiini berfungsi untuk mendekatkan tempat penggabungan Al t/\lSekuens konsensusu c._ nClE]++,,2--..1 nc lol uAAGU ---T-uAcuAAc 28-37 nukreorida c I e 5'Ekson I Ekson 3 -Gambar 36-73. Sekuens konsensus di taut penggabungan. Tampak sekuens 5'(donor atau kiri) dan 3'(akseptor atau kanan). Juga diperlihatkan sekuens konsensus ragi (UACUAAC) untuk tempat percabangan.Pada sel mamalia, sekuens konsensus ini adalah PyNPyPyPuAPy. Py adalah pirimidin, Pu adalah purin,dan N nukleotida apa saja. Tempat percabangan terletak 20-40 nukleotida di sebelah hulu dari tempat 3'(Copyright O 2005. Dicetak ulang dengan izin dari Elsevier).

372 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASIadalah transkrip primer plus produk-produk olahan awalnya Prekursor mRNA -i: ril i ''. (A)nyang, setelah penambahan tudung (cap) dan ekor poli(A) ffiArAUA/A-.serta pengeluaran bagian-bagian intron, dipindahkan kesitoplasma sebagai molekul mRNA matur. _----l--=,*Penggabungan selektif Alternqtive Splicing Menghosilkon mRNA t! L4 fq FAAuAA- -(A)nyqng Berbedo n1 E', r-Tempat donor 5' alternatif MUAA-,,,'-(A)\"Pengolahan molekul hnRNA adalah tempat regulasiekspresi gen. Pola alternatif penggabungan (splicing) RNA Tempat akseptor 3' alternatifterjadi karena mekanisme kontrol perkembangan dan adaptif Tempat poliadenilasi alternatifyang spesifik-jaringan. Seperti disebutkan sebelumnya, ffi/\M'^M :;,,r 1.ri.i- (A)nrangkaian kejadian penggabungan ekson-intron umumnya Gambar 36-14. Mekanisme pemrosesan alternatif prekursor mRNA.mengikuti urutan hierarkis. Kenyataan bahwa sewaktu Bentuk pengolahan mRNA ini melibatkan inklusi atau eksklusipenggabungan terbentuk struktur RNA yang sangat selektif ekson, pemakaian tempat donor 5' atau akseptor 3' alternatif,kompleks-dan bahwa sejumlah snRNA dan protein ikut dan pemakaian tempat poliadenilasi yang berbeda.berperan-menimbulkan beragam kemungkinan akanperubahan urutan dan pembentukan mRNA yang berbeda- RNA Ribosom & Sebogion Besor RNAbeda. Demikian .fuga, pemakaian tempat-tempat terminasi- Tronsfer Diproses dqri Prekursorpemutusan-poliadenilasi alternatif menghasilkan mRNA ysng tebih Besqryang berbeda-beda. Beberapa contoh skematis proses ini, yangsemuanya terjadi di alam, diperlihatkan di Gambar 36-14. Pada sel mamalia, tiga molekul rRNA ditranskripsikan sebagai bagian dari satu molekul prekursor besar. Prekursor Kesalahan penggabungan dapat menyebabkan kemudian diproses di nukleolus untuk menghasilkanpenyakit. Paling tidak satu bentuk talasemia-8, suatu penyakitakibat ekspresi gen globin-B hemoglobin yang sangat rendah, komponen RNA bagi subunit ribosom yang ditemukantampaknya terjadi akibat perubahan satu nukleotida di taut di sitoplasma. Pada sel mamalia, gen-gen IRNA terletakekson-intron, menghambat pengeluaran intron sehingga sintesis di nukleolus. Di setiap sel terdapat ratusan salinan gen- gen ini. Gen yang berjumlah besar ini diperlukan untukprotein p-globin menurun atau lenyap. Hal ini merupakan membentuk setiap tipe rRNA dalam jumlah memadaikonsekuensi dari kenyataan bahwa reading fame translar,i untuk membentuk 107 ribosom yang dibutuhkan padanormal untuk mRNA terganggu-suatu defek pada proses setiap replikasi sel. Sementara satu molekul mRNA dapat disalin menjadi 105 molekul protein, yang merupakanmendasar (penggabungan) ini menggarisbawahi tingkat akurasi amplifikasi berskala besar IRNA adalah produk akhir.yang harus dicapai proses penggabungan antarRNA. Tidak adanya amplifikasi ini menyebabkan jumlahPemokoion Promotor Alternotif Adoloh gen menjadi berrtambah banyak dan laju transkripsiSuqtu Bentuk Regulosi menjadi tinggi, yang biasanya disinkronkan dengan lajuRegulasi spesifik-jaringan ekspresi gen dapat dicapai oleh pertumbuhan sel. Demikian juga, RNA transfer sering disintesis sebagai prekursor, dengan sekuens tambahanelemen-elemen kontrol di promotor atau oleh pemakaian 5' dan 3' dari sekuens yang membentuk IRNA matur.promotor alternatif. Gen glukokinase (G$ terdiri dari Sebagian kecil IRNA bahkan mengandung intron.sepuluh ekson yang disela oleh sembilan intron. Sekuensekson 2-10 identik di sel b.ati dan sel B pankreas, yaitu RNA DAPAT MENGALAMI MODIFIKASIjarrngan utama yang mengekspresikan protein GK. Di keduajaringan ini, ekspresi gen Gr(diatur dengan cara yang sangat EKSTENSIFberbeda-oleh dua promotor yang berlainan. Promotor Pada hakikatnya, semua RNA mengalami modifikasi kovalendi hati dan ekson 1L terletak dekat ekson 2-10; elaon lL pascatranskripsi. Sudah jelas bahwa setidaknya, sebagianberikatan secara langsung dengan ekson 2. Sebaliknya, modifi kasi ini bersifat regulatorik.promotor sel B pankreas terletak sekitar 30 bp di sebelahhulu. Dalam hal ini, batas 3' ekson 1B terikat pada batas 5'ekson 2. Ekson 1L dan promotor di hati dikeluarkan sewaktureaksi penggabungan (lihat Gambar 36-15). Keberadaanbanyak promotor yang berlainan memungkinkan timbulnyapola ekspresi gen yang spesifik untuk jaringan (nRNA).

/BAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 373 2Sel B/hipofisis 2Gambar 36-15. Pemakaian promotor alternatif di gen glukokinase hati dan sel B pankreas.Perbedaan regulasi gen glukokinase (CK) dicapai melalui pemakaian promotor spesifik-jaringan.Promotor gen CK dan ekson 1B sel B terletak sekitar 30 kbp sebelah hulu dari promotor dan ekson1L hati. Masing-masing promotor memiliki struktur unik dan diatur secara berbeda. Di kedua gen,ekson 2-10 identik satu sama lain, dan protein CK yang disandi oleh mRNA sel B dan hati memilikisifat kinetik yang identik.RNA /l4essenger (mRNA) Dimodifikqsi di 3'. Fungsi pasti sekuens 5'UTR dan 3'UTR tidak diketahui, tetapi keduanya diperkirakan berperan dalam pemrosesan,Uiung 5'dqn 3' transpor, penguraian, dan transiasi RNA; masing-masing dari reaksi ini berpotensi menambah tingkat kontrol ekspresiSeperti disebutkan sebelumnya, molekul nRNA mamaiia gen.mengandung suatu struktur tudung 7-metilguanosin di terminal Penyuntingon RNA Menguboh mRNA5', dan sebagian besar memiliki ekor poli(A) di terminal 3'. Serelqh TronskripsiStruktur rudung ditambahkan ke ujung 5' prekursor mRNAyang baru terbentuk di nukleus sebelum molekul mRNA Dogma sentral menyatakan bahwa untuk suatu gen danini dipindahkan ke sitoplasma. Tirdung 5' transkrip RNA produk gen terdapat hubungan linier antara sekuensdiperlukan untuk insiasi translasi yang efisien dan melindungi penyandi di DNA, sekuens RNA, dan sekuens proteinujung 5' mRNA dari serangan eksonuklease 5'-+3'. Metilasi (Gambar 35-7). Pertbahan sekuens DNA seharusnyasekunder molekul mRNA, di residu 2'-hidrolai dan N6 adenilil, tercermin dalam perubahan sekuens mRNA dan, bergantung pada pemakaian kodon, dalam sekuensterjadi setelah molekul mRNA muncul di sitoplasma. protein. Namun, baru-baru ini ditemukan pengecualian Ekor poli(A) ditambahkan pada ujung 3' molekul terhadap dogma ini. Informasi penyandi dapat diubah di tingkat mRNA oleh penyuntingan RNA (RNA editing).mRNA melalui pemrosesan pascatranskripsi. mRNA mula- Dalam hal ini, sekuens penyandi mRNA berbeda darimula diputus sekitar 20 nukleotida di sebelah hulu dari sekuens penyandi DNAnya. Salah satu contoh adalahsekuens pengenalan AAUAA. Enzim lain, poli(A) polimerase, gen dan mRNA apolipoprotein B (apoB). Di hati, satumenambahkan ekor poli(A) yang kemudian diperpanjanghingga 200 residu A. Ekor poli(A) tampaknya melindungi gen apoB ditranskripsikan menjadi sebuah mRNA yang mengarahkan sintesis protein 100-kDa, yaitu apoB100.ujung 3' mRNA dari serangan 3'-+5' eksonuklease. Di usus, gen yang sama mengarahkan sintesis transkripKeberadaan atau ketiadaan ekor poli(A) tidak menentukan primer; namun, sitidin deaminase mengubah kodon CAAapakah suatu molekul prekursor di nukleus muncul di di mRNA menjadi UAA di suatu tempat spesifik. Alih-sitoplasma karena semua moiekul hnRNA yang memiliki alih menyandi glutamin, kodon ini berubah menjadiekor poli(A) ddak membentuk mRNA sitoplasma, demikian kodon terminasi, dan hasilnya adalah suatu protein 48-juga tidak ada molekul mRNA sitoplasma yang mengandung kDa (apoB48). ApoB100 dan apoB48 memiliki fungsiekor poli(A) (mRNA histon adalah yang paling mencolokdalam hal ini). Enzim-enzim sitoplasma pada sel mamalia berbeda di dua organ. Kini semakin banyak contohdapat menambahkan dan mengeluarkan residu adenilii yang ditemukan, termasuk perubahan glutamin menjadidari ekor poli(A); proses ini dilaporkan berkaitan dengan arginin pada reseptor glutamat dan beberapa perubahan dalam mRNA mitokondria Thypanosoma, yang umumnyaperubahan stabilitas dan translatabilitas mRNA. melibatkan penambahan atau penghilangan uridin. Ukuran beberapa molekul mRNA sitoplasma, bahkan Belum diketahui seberapa luas penyuntingan (editing)setelah ekor poli(A) dikeluarkan, masih jauh lebih besar RNA ini, tetapi perkiraan saat ini menyarankan bahwadaripada ukuran yang diperlukan untuk menyandi protein <0,010/o mRNA disunting dengan cara ini.spesifiknya, sering 2 sampai 3 kali lipat. Nukleotidatambahan terdapat di regio-regio yang tidakditranslasikan(non-coding) baik di 5' maupun 3' regio penyandi; sekuensyang tidak ditranslasikan dan terpanjang biasanya di ujung

374 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASIRNA Trqnsfer (iRNA) Diproses & . RNA polimerase berinteraksi dengan regio aktif-Dimodifikosi Secqro Eksfensif cis gen, yang disebut promotor, untuk membentukSeperti dijelaskan di Bab 34 dan Bab 37, molekul IRNA kompleks prainisiasi (PIC) yang mamPu melakukanberfungsi sebagai molekul adaptor untuk translasi mRNA inisiasi transkripsi. Pada eukariot, proses pembentukan PIC dipermudah oleh banyak faktor transkripsi umummenjadi sekuens protein. IRNA mengalami banyak (GTF), TFIIA, B, D, E, F, dan H.modifikasi basa-basa standar A, U, G, dan C, termasuk . Pembentukan PIC eukariot dapat terjadi secara berta-metilasi, reduksi, deaminasi, dan tata-ulang ikatan glikosidat. hap-melalui interalsi sekuensial teratur GTF dan RNAModifikasi lebih lanjut molekul IRNA mencakup alkilasi polimerase dengan promotor-atau dalam satu tahaPnukieotida dan perlekatan terminal CpCpAou khas di ujung melalui pengenaian promotor oleh kompleks holoenzim3' molekul oleh enzim nukleotidil transferase. Gugus OH GTF-RNA polimerase yang sudah terbentuk.3' pada ribosa A adalah titik perlekatan untuk asam amino . Transkripsi memperlihatkan tiga fase: inisiasi, eiongasi,spesifik yang akan masuk ke dalam reaksi polimerisasi padasintesis protein. Metilasi prekursor IRNA mamalia mungkin dan terminasi. Semua fase bergantung pada elemen- czs DNA tersendiri dan dapat dimodulasi oleh faktorterjadi di nukleus, sementara pemutusan dan perlekatan protein trans-acting spesifrk.CpCpAOH adalah fungsi sitoplasma karena gugus terminal . Sebagian besar RNA eukariot disintesis sebagai prekursortersebut mengalami pertukaran (turn ouer) yang lebih cepat yang mengandung kelebihan sekuens yang harus dibuangdibandingkan dengan perturan yang dialami molekul sebelum terjadinya pembentukan RNA yang matur danIRNA itu sendiri. Enzim di dalam sitoplasma sel mamalia fungsional.diperlukan untuk melekatkan asam amino pada residuCpCpAoH (lihat Bab 37). . Sintesis mRNA eukariot menghasilkan prekursor pra-RNA DAPAT BERFUNGSI SEBAGAI mRNA yang mengandung banyak kelebihan RNAKATATISATOR (intron) yang harus dibuang dengan secara cermat dan tepat melalui proses penggabungan RNA (Rl/,4 splicing)Selain efek katalitik yang dimiliki oleh snRNA dalam agar menghasilkan mRNA fungsional yang terdiri daripembentukan mRNA, RNA juga memiliki beberapa sekuens penyandi dan bukan penyandi.fungsi enzimatik. Ribozim adalah molekul RNA dengan ' Semua tahap-dari perubahan di cetakan, sekuens, danaktivitas katalitik. Enzim-enzim ini biasanya berperan dalamreaksi transesterifikasi, dan kebanyakan berkaitan dengan aksesibilitas DNA dalam kromatin hingga stabilitasmetabolisme RNA (penggabungan dan endoribonukiease). RNA-dapat mengalami modulasi sehingga berpotensiBaru-baru ini diketahui bahwa suatu komponen RNA sebagai tempat kontrol bagi regulasi gen eukariot.ribosom dapat menghidrolisis ester aminoasil sehingga REFERENSIberperan sentral dalam fungsi ikatan peptida (peptidiltransferase; lihat Bab 37). Pengamatan-pengamatan ini, Bourbon H-M et al. A unified nomenclature for protein subunitsyang dilakukan terhadap organel dari tumbuhan, ragi, virus, of mediator complexes linking transcriptional regulators todan sel eukariot tingkat tinggi, memperlihatkan bahwa RNA polymerase II. Mol Cell2004t14:553.RNA dapat berfungsi sebagai enzim. Ha1 ini menghasilkan Busby S, Ebright RH. Promoter structure, promoter recognition.perubahan pemikiran tentang kerja enzim dan asal kehidupan and transcription activation in prokaryotes. Cell 1994;79:743itu sendiri. Cramer I Bushnell DA, Kornberg R. Structural basis ofRINGKASAN transcription: RNA polymerase II at 2'B angstrom resolution.. RNA disintesis dari cetakan DNA oleh enzim RNA Science 200 1 ;292:1863. polimerase. Fedor MJ. fubozymes. Curr Biol 1998;B:R441. GottJM, Emerson RB. Functions and mechanisms of RNAediting'. Terdapat tiga RNA polimerase dependen-RNA nukleus Ann Rev Genet 2003;34:499. pada mamalia: RNA polimerase I, II, dan III. Ketiga Hirose Y Manley JL. RNA polymerase II and the integration of e nzim ini mengontrol fungsi rranskripsi-masing- nuclear events. Genet Dev 2000;14:1415. masing transkripsi gen rRNA, mRNA, dan RNA kecil (IRNA/rRNA 55, snRNA). Keaveney M, Struhl K. Activator-mediated recruitment of the RNA polymerase machinery is the predominant mechanism for transcriptional activation in yeast. Mol Cell 1998;7:917 ' Kornblihtt AR, et al. Multiple links berween transcription and splicing. RNA 2004; 10: 1489.

IBAB 36: RNA: SINTESIS, PEMROSESAN, & MODIFIKASINYA 375Lemon B, Tjian R. Orchestrated response: a symphonyoftranscription Sims RJ, Belotserkoyskaya R Reinberg D. Elongation by factors for gene conffol. Genes Dev 2000;14:2551. RNA polymerase II: the short and long of it. Gene DevManiatis T, Reed R. An extensive network of coupling among gene 20A4;18:2437. expression machines. Nature 2002;416:499. Stevens SVI et al. Composition and functional characterization ofOrphanides G, Reinberg D. A unified theory of gene expression. Cell 2002;108:439. the yeast spliceosomeal penta-snRNP Mol Cell 2002;9:31. Tircker M, Parker R. Mechanisms and control of mRNA decappingReed R Cheng H. TREX, SRproteins, and export of mRNA. Curr Opin Cell Biol 2005;17 :259. in Saccharomyces cereaisiae. Ann Rev Biochem 2000;69:577.Shatkin AJ, Manley JL. The ends of the affair: capping and \Toychik NA, Hampsey M. The RNA polymerase II machinery: polyadenylation. Nat Struct Biol 2000;7:838. structure illuminates function. Cell 2002:108:45 3.