Penyenyapan gen ialah pengawalan ekspresi gen dalam sel untuk menghalang ekspresi gen tertentu.[1][2] Penyenyapan gen boleh berlaku sama ada semasa transkripsi atau terjemahan dan sering digunakan dalam bidang penyelidikan.[1][2] Kaedah-kaedah yang digunakan secara khususnya untuk menyenyapkan gen semakin kerap digunakan untuk menghasilkan terapi memerangi kanser dan penyakit lain, seperti penyakit berjangkit dan gangguan neurodegeneratif.
Penyenyapan gen selalunya dianggap sama seperti penyahfungsian gen.[3][4] Apabila sesuatu gen itu disenyapkan, ekspresi gen tersebut akan berkurangan.[3][4] Sebaliknya, apabila gen tersebut disingkirkan, ia dipadamkan sepenuhnya daripada genom organisma maka tidak mempunyai ekspresi gen itu lagi.[3][4] Penyenyapan gen boleh dianggap sebagai mekanisme penyahfungsian gen kerana kaedah yang digunakan untuk menyenyapkan gen, seperti RNAi, CRISPR atau siRNA, secara amnya mengurangkan ekspresi gen sekurang-kurangnya 70% tetapi tidak menghapuskannya. Kaedah-kaedah yang menggunakan penyenyapan gen sering dianggap lebih baik berbanding penyingkiran gen kerana ia membenarkan penyelidik mengkaji gen-gen perlu yang penting untuk kemandirian model haiwan sehingga tidak boleh dialih keluar sama sekali. Di samping itu, kaedah ini memberikan pandangan yang lebih lengkap tentang perkembangan sesuatu penyakit kerana penyakit tersebut biasanya dikaitkan dengan gen yang kurang diekspresikan.[3]
Jenis
[sunting | sunting sumber]Transkripsi
[sunting | sunting sumber]- Peneraan genom
- Paramutasi
- Penyenyapan transposon (atau Pengubahsuaian Histon)
- Penyenyapan transgen
- Kesan kedudukan
- Pemetilan DNA arahan RNA
Pasca transkripsi
[sunting | sunting sumber]Bermeiosis
[sunting | sunting sumber]- Transveksi
- Penyenyapan meiosis DNA tidak berpasangan
Kaedah penyelidikan
[sunting | sunting sumber]Oligonukleotida antierti
[sunting | sunting sumber]Oligonukleotida antierti telah ditemui pada tahun 1978 oleh Paul Zamecnik dan Mary Stephenson.[5] Oligonukleotida yang merupakan serpihan asid nukleik pendek terikat pada sasaran pelengkap molekul mRNA apabila ditambah ke dalam sel.[5][6] Molekul-molekul ini mungkin terdiri daripada DNA atau RNA berbebenang tunggal dan secara amnya panjang bebenang tersebut sekitar 13–25 nukleotida.[6][7] Oligonukleotida antierti boleh menjejaskan ekspresi gen dalam dua cara: dengan menggunakan mekanisme yang bergantung kepada RNase H atau dengan menggunakan mekanisme penyekat sterik.[6][7] Oligonukleotida bersandar RNase H akan menyebabkan molekul mRNA sasaran terdegradasi, manakala oligonukleotida penyekat sterik pula menghalang terjemahan molekul mRNA.[6][7] Kebanyakan ubat antierti berfungsi melalui mekanisme bersandar RNase H yang menggunakan RNase H untuk menghidrolisis bebenang RNA di bawah ungkapan[6] heterodupleks DNA/RNA[6][7].
Ribozim
[sunting | sunting sumber]
Ribozim ialah molekul RNA pemangkin yang digunakan untuk menyekat ekspresi gen. Molekul ini berfungsi dengan membelah molekul mRNA, pada dasarnya menyenyapkan gen yang menghasilkannya. Sidney Altman dan Thomas Cech pertama kali membuat penemuan molekul RNA pemangkin, RNase P dan ribozim intron kumpulan II pada tahun 1989 kemudian memenangi Hadiah Nobel atas penemuan tersebut.[8][9] Beberapa jenis motif ribozim wujud, termasuklah ribozim tanduk, ribozim sanggul, ribozim virus hepatitis delta, intron kumpulan I, intron kumpulan II dan ribozim RNase P. Motif ribozim jenis tanduk, jenis sanggul, dan jenis hepatitis delta (HDV) biasanya terdapat dalam virus atau RNA viroid.[8] Motif-motif ini mampu memotong sendiri ikatan fosfodiester tertentu pada molekul mRNA.[8] Beberapa jenis eukariota pada peringkat taksonomi rendah serta beberapa jenis bakteria mengandungi ribozim kumpulan I dan kumpulan II.[8] Motif-motif ini mampu bersambung secara sendiri dengan membelah dan menyambung ikatan fosfodiester.[8] Motif ribozim terakhir, ribozim RNase P, terdapat dalam Escherichia coli dan terkenal dengan keupayaannya untuk membelah ikatan fosfodiester pada beberapa prekursor tRNA apabila bergabung dengan kofaktor protein.[8]
Mekanisme pemangkin umum yang digunakan oleh ribozim adalah seakan dengan mekanisme yang digunakan oleh ribonuklease protein.[10] Molekul RNA pemangkin tersebut terikat ke tapak tertentu dan menyerang fosfat jiran pada tulang belakang RNA menggunakan oksigen 2'-nya yang bertindak sebagai nukleofil, sehingga mengakibatkan pembentukan hasil terbelah dengan fosfat kitaran 2'3' dan hujung terminal hidroksil 5'. [10] Mekanisme pemangkin ini telah mendapat peningkatan penggunaannya oleh ahli sains untuk melakukan pembelahan khusus jujukan pada molekul mRNA sasaran. Di samping itu, terdapat percubaan yang sedang dilakukan dengan menggunakan ribozim untuk menghasilkan rawatan berkaitan penyenyapan gen, yang akan menyenyapkan gen yang bertanggungjawab terhadap sesuatu penyakit.[11]
Pengganggu RNA
[sunting | sunting sumber]
Pengganggu RNA (RNAi) merupakan suatu proses semula jadi yang digunakan oleh sel untuk mengawal atur ekspresi gen. Ia ditemui pada tahun 1998 oleh Andrew Fire dan Craig Mello, yang memenangi Hadiah Nobel untuk penemuan ini pada tahun 2006.[12] Proses untuk menyenyapkan gen pertamanya bermula dengan kemasukan molekul bebenang RNA ganda dua (dsRNA) ke dalam sel, yang mencetuskan laluan RNAi.[12] Molekul bebenang ganda dua tersebut kemudiannya dibelah menjadi serpihan bebenang ganda dua yang lebih kecil oleh enzim bernama Dicer.[12] Serpihan-serpihan kecil tersebut yang termasuklah RNA pengganggu kecil (siRNA) dan mikroRNA (miRNA) mempunyai panjang kira-kira 21-23 nukleotida.[12][13] Serpihan tersebut berintegrasi ke dalam protein subunit berbilang yang dipanggil kompleks penyenyapan aruhan RNA, dan kompleks tersebut mengandungi protein Argonaute yang merupakan komponen penting bagi laluan RNAi.[12][13] Satu bebenang molekul yang dipanggil sebagai bebenang "pemandu" terikat kepada RISC, manakala satu lagi bebenang yang dikenali sebagai bebenang "penumpang" pula terdegradasi.[12][13] Bebenagn pemandu atau serpihan kepada bebenang antierti yang kekal terikat pada RISC mengarahkan penyenyapan khusus urutan pada molekul mRNA sasaran.[13] Gen-gen tersebut boleh disenyapkan sama ada oleh molekul siRNA yang menyebabkan pembelahan endonuklease pada molekul mRNA sasaran, atau oleh molekul miRNA yang menyekat translasi molekul mRNA.[13] Dengan pembelahan atau peredaman translasi molekul mRNA, gen yang membentuk molekul tersebut pada dasarnya akan menjadi tidak aktif.[12] RNAi dianggap telah berevolusi menjadi mekanisme pertahanan sel sama ada melawan penceroboh seperti virus RNA, atau untuk mencegah pembiakan transposon dalam DNA sel.[12] Kedua-dua virus RNA dan transposon tersebut boleh wujud sebagai bebenang RNA ganda dua dan membawa kepada pengaktifan RNAi.[12] Pada masa ini, siRNA sedang digunakan secara meluas untuk menghalang ekspresi gen tertentu, serta digunakan untuk menilai fungsi gen. Antara syarikat-syarikat yang menggunakan pendekatan teknologi pengganggu RNA termasuklah Alnylam, Sanofi,[14] Arrowhead, Discerna,[15] dan Persomics.[16]
Jujukan tidak tertranslasi tiga prima dan mikroRNA
[sunting | sunting sumber]Jujukan tidak tertranslasi tiga prima (3'UTR) bagi RNA pengutus (mRNA) selalunya mengandungi jujukan pengawalaturan yang menyebabkan penyenyapan gen pasca transkripsi. 3'-UTR sedemikian sering mengandungi kedua-dua tapak pengikat untuk mikroRNA (miRNA) dan juga untuk protein pengawal atur. Dengan mengikat tapak khusus pada 3'-UTR, sebilangan besar miRNA khusus mengurangkan ekspresi gen mRNA sasaran khusus dengan sama ada menghalang translasi atau secara langsung menyebabkan degradasi transkrip, menggunakan mekanisme yang serupa dengan pengganggu RNA (lihat MikroRNA). 3'-UTR juga mungkin mempunyai kawasan penyenyap yang mengikat protein peredam yang menghalang ekspresi mRNA.
3'-UTR selalunya mengandungi unsur tindak balas mikroRNA (MREs). MRE merupakan jujukan yang mengikat miRNA dan menyebabkan penyenyapan gen. Unsur tersebut merupakan motif lazim pada 3'-UTR. Di antara semua motif kawal selia dalam 3'-UTR (contohnya termasuk jujukan penyenyap), MRE membentuk kira-kira separuh daripada motif.
Sehingga tahun 2014, laman web miRBase yang merupakan laman arkib jujukan dan anotasi miRNA, telah menyenaraikan 28,645 entri dalam 233 spesies biologi. Seribu lapan ratus lapan puluh satu miRNA daripada kesemua entri berada dalam lokus miRNA manusia beranotasi. Setiap satu miRNA telah diramalkan untuk mempunyai purata kira-kira empat ratus mRNA sasaran (menyebabkan penyenyapan gen beberapa ratus gen).[17] Freidman et al.[17] menganggarkan bahawa >45,000 tapak sasaran miRNA pada 3'UTR mRNA manusia adalah terpelihara melebihi paras latar belakang, dan >60% gen pengekod protein manusia telah berada di bawah tekanan terpilih untuk mengekalkan keberpasangannya terhadap miRNA.
Eksperimen langsung telah menunjukkan bahawa satu miRNA boleh mengurangkan kestabilan ratusan mRNA unik.[18] Beberapa eksperimen lain pula menunjukkan bahawa miRNA tunggal boleh meredam pengeluaran ratusan protein, tetapi peredaman ini selalunya agak ringan (kurang daripada 2 kali ganda).[19][20]
Kesan nyahregulasi miRNA terhadap ekspresi gen nampaknya penting pada kanser.[21] Contohnya, dalam kanser gastrousus, sembilan miRNA telah dikenal pasti terubah secara epigenetik dan berkesan dalam mengawal atur enzim pembaikan DNA. [22]
Kesan nyahregulasi miRNA pada ekspresi gen juga nampaknya penting dalam gangguan neuropsikiatri, seperti skizofrenia, gangguan dwipolar, kemurungan major, penyakit Parkinson, penyakit Alzheimer dan gangguan spektrum autisme.[23][24][25]
Lihat juga
[sunting | sunting sumber]- CRISPR
- Pengganggu RNA aruhan DNA
- Pemacu gen
- Penyahfungsian gen
- PPRH
Rujukan
[sunting | sunting sumber]- ^ a b Redberry, Grace (2006). Gene silencing : new research. New York: Nova Science Publishers. ISBN 9781594548321.
- ^ a b "Gene Silencing". National Center for Biotechnology Information. Dicapai pada 11 November 2013.
- ^ a b c d "RNAi: What's all the noise about gene silencing?". Environmental Health Perspectives. 112 (4): A224–9. March 2004. doi:10.1289/ehp.112-a224. PMC 1241909. PMID 15033605.
- ^ a b c "RNA interference: learning gene knock-down from cell physiology". Journal of Translational Medicine. 2 (1): 39. December 7, 2006. doi:10.1186/1479-5876-2-39. PMC 534783. PMID 15555080.
- ^ a b "RNA therapeutics: beyond RNA interference and antisense oligonucleotides". Nature Reviews. Drug Discovery. 11 (2): 125–40. February 2012. doi:10.1038/nrd3625. PMC 4743652. PMID 22262036.
- ^ a b c d e f "Antisense oligonucleotides: basic concepts and mechanisms". Molecular Cancer Therapeutics. 1 (5): 347–55. March 2002. PMID 12489851.
- ^ a b c d "Antisense and RNA interference approaches to target validation in pain research". Current Opinion in Drug Discovery & Development. 7 (2): 179–87. March 2004. PMID 15603251.
- ^ a b c d e f Phylactou, L. (1 September 1998). "Ribozymes as therapeutic tools for genetic disease". Human Molecular Genetics. 7 (10): 1649–1653. doi:10.1093/hmg/7.10.1649. PMID 9735387.
- ^ "Sidney Altman--Nobel laureate for work with RNA". Mayo Clinic Proceedings. 87 (10): e73. October 2012. doi:10.1016/j.mayocp.2012.01.022. PMC 3498233. PMID 23036683.
- ^ a b "Ribozyme structures and mechanisms". Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 30 (1): 457–75. 1 June 2001. doi:10.1146/annurev.biophys.30.1.457. PMID 11441810.
- ^ Tollefsbol, Trygve O., penyunting (2007). Biological aging methods and protocols. Totowa, N.J.: Humana Press. ISBN 9781597453615.
- ^ a b c d e f g h i "RNA Interference Fact Sheet". National Institutes of Health. Diarkibkan daripada yang asal pada November 25, 2013. Dicapai pada 24 November 2013.
- ^ a b c d e "Molecular mechanisms of RNA interference". Annual Review of Biophysics. 42: 217–39. 2013. doi:10.1146/annurev-biophys-083012-130404. PMC 5895182. PMID 23654304.
- ^ "Big Pharma's Turn On RNAi Shows That New Technologies Don't Guarantee R&D Success". Forbes. Dicapai pada 2015-10-11.
- ^ "The Second Coming of RNAi | The Scientist Magazine®". The Scientist. Dicapai pada 2015-10-11.
- ^ "Products | Persomics". www.persomics.com. Dicapai pada 2015-10-11.
- ^ a b "Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs". Genome Research. 19 (1): 92–105. January 2009. doi:10.1101/gr.082701.108. PMC 2612969. PMID 18955434.
- ^ "Microarray analysis shows that some microRNAs downregulate large numbers of target mRNAs". Nature. 433 (7027): 769–73. February 2005. Bibcode:2005Natur.433..769L. doi:10.1038/nature03315. PMID 15685193.
- ^ "Widespread changes in protein synthesis induced by microRNAs". Nature. 455 (7209): 58–63. September 2008. Bibcode:2008Natur.455...58S. doi:10.1038/nature07228. PMID 18668040.
- ^ "The impact of microRNAs on protein output". Nature. 455 (7209): 64–71. September 2008. Bibcode:2008Natur.455...64B. doi:10.1038/nature07242. PMC 2745094. PMID 18668037.
- ^ "Mechanisms and role of microRNA deregulation in cancer onset and progression". Genetics and Molecular Biology. 34 (3): 363–70. July 2011. doi:10.1590/S1415-47572011000300001. PMC 3168173. PMID 21931505.
- ^ "Epigenetic reduction of DNA repair in progression to gastrointestinal cancer". World Journal of Gastrointestinal Oncology. 7 (5): 30–46. May 2015. doi:10.4251/wjgo.v7.i5.30. PMC 4434036. PMID 25987950.
- ^ "Micro spies from the brain to the periphery: new clues from studies on microRNAs in neuropsychiatric disorders". Frontiers in Cellular Neuroscience. 8: 75. 2014. doi:10.3389/fncel.2014.00075. PMC 3949217. PMID 24653674.
- ^ "The Emerging Role of microRNAs in Schizophrenia and Autism Spectrum Disorders". Frontiers in Psychiatry. 3: 39. 2012. doi:10.3389/fpsyt.2012.00039. PMC 3336189. PMID 22539927.
- ^ "MicroRNA and Posttranscriptional Dysregulation in Psychiatry". Biological Psychiatry. 78 (4): 231–9. August 2015. doi:10.1016/j.biopsych.2014.12.009. PMID 25636176.
|hdl-access=requires|hdl=(bantuan)