GENETIKA MOLEKULER DNA REPAIR

BAB I

PENDAHULUAN

Sejarah Penemuan Mekanisme Perbaikan DNA

Thomas Carell dan Eva Bürckstümmer di Ludwig Maximillan University of Munich, Jerman, telah membuat rantai-rantai DNA pendek yang mengandung lesi (cacat/luka). Carell menjelaskan bahwa ini adalah kunci untuk memahami reparasi DNA.  Lesi-lesi yang terdapat pada DNA ini analog dengan lesi yang timbul apabila sinar UV mengenai DNA yang tersimpan dalam spora seperti spora bakteri Bacillus. Di alam, spora-spora ini bisa menjadi tidak aktif (dorman) selama bertahun-tahun, dengan menyimpan DNA, tetapi kemudian hidup kembali.

Carell dan Bürckstümmer membuat rantai-rantai DNA mereka dengan mensintesis dua isomer dari sebuah analog lesi dinukleotida dan memasukkannya ke dalam DNA. Mereka menemukan bahwa salah satu DNA lebih stabil dibanding yang lainnya, sehingga menandakan bahwa lesi alami bisa memiliki struktur yang mirip dengan analognya dalam DNA yang lebih stabil. Carell menyebutkan bahwa analog-analog lesi yang serupa adalah substrat untuk enzim reparasi DNA spora sehingga rantai-rantai DNA yang baru bisa membantu dalam meneliti lebih lanjut tentang mekanisme enzim ini.

Glen Burley, seorang ahli di bidang nanoteknologi DNA di Universitas Leicester, Inggris, mengatakan bahwa penelitian ini menarik karena menemukan sebuah metode untuk meneliti bagaimana spora bakteri mereparasi DNA yang rusak. "Mekanisme yang terlibat perlu segera diketahui karena proses kerusakan DNA pada spora berbeda dengan yang terjadi pada mamalia," kata dia. "Metode-metode ini kemungkinan akan membuka pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana spora bisa bertahan hidup selama periode waktu yang lama dan pada kondisi-kondisi yang tidak cocok – misalnya pada sumber mata air panas atau dibawah keterpaparan sinar UV."

Carell menjelaskan bahwa walaupun proses reparasi pada spora berbeda, tetapi fenomena pengenalan lesi oleh enzim bersifat umum. Enzim-enzim seperti ini juga bekerja dalam sel-sel kita, sehingga pemahaman yang lebih mendalam tentang kelompok enzim yang membingungkan ini diperlukan. Kegagalan-kegagalan reparasi DNA ini bertanggungjawab untuk terjadinya mutasi yang selanjutnya mengarah pada situasi seluler berbahaya yang bisa menghasilkan kanker. <--more-->

BAB II

ISI

A. Mutasi DNA

DNA merupakan bahan genetik yang harus disampaikan kepada generasi berikutnya. Terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula 5-karbon (deoksiribosa) dan basa nitrogen. DNA akan mengalami proses perbanyakan sebagai salah satu tahapan sangat penting dalam proses pertumbuhan sel. DNA sebagai materi genetic yang selalu mengalami berbagai reaksi kimia dan selalu melakukan copy DNA. Perubahan struktur DNA ini disebut mutasi DNA yang dapat terjadi pada saat proses replikasi DNA. Ada beberapa tipe mutasi gen:

Ø   Missense mutation

Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan kodonspesifik suatu asam amino ke asam amino yang lain

Ø   Nonsense mutation

Adalah mutasi yang menyebabkan perubahan kodon spesifik suatu asam amino ke kodon terminasi

Ø   Insertion

Insersi mengakibatkan suatu perubahan jumlah basaDNA pada gen dengan menambahkan sebagiandari DNA (pada nukleotidanya). Hasilnya, protein yang dibuat oleh gen tersebut tidak dapat berfungsi semestinya.

Ø   Deletion

Delesi mengakibatkan perubahan jumlahbasa DNA pada gen denganmenghilangkan sebagian dari DNA. DNA yang hilang akan mengubah fungsidari protein tersebut.

Ø   Duplication

Duplikasi terdiri dari sebagian DNA yangterkopi satu atau lebih dari satu kali. DNA yang terkopi akan mengubah fungsi dariprotein tersebut.

Ø   Frameshift mutation

Mutasi frameshift menggeser pengelompokan daribasa dan mengubah pengkodean untuk asamamino. Protein yg dihasilkan biasanya tidak berfungsi.

Ø   Repeat expansion

Repeat expansion atau penguraianberulang adalah mutasi yangmeningkatkan banyaknya rantai pendek DNA berkali-kali, mengakibatkan proteinyang dihasilkan tidak dapat berfungsidengan benar.

Untuk menstabilkan hal tersebut maka DNA memiliki kemampuan untuk memperbaiki (repair) kesalahan yang terjadi pada dirinya sendiri. Jika mutasi DNA yang terjadi cukup banyak dan DNA tidak sempat untuk memperbaiki (repair) dirinya sendiri maka akan terjadi kelainan ekspresi genetic bahkan menyebabkan terjadinya penyakit genetik. Konsumsi makanan yang bergizi serta istirahat yang cukup memungkinkan tubuh untuk dapat melakukan repair DNA.

B. DNA Repair

DNA  bukanlah substansi yang lemah,  telah dilengkapi dengan mekanisme tertentu yang mampu menetralisasi “gangguan-gangguan” yang terjadi sehingga tidak membawa efek negatif. Mekanisme yang dimiliki DNA tersebut adalah mekanisme DNA repair (perbaikan DNA) yang terjadi pada fase tertentu dalam siklus sel.

Pada fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat dimana susunan DNA akan dikoreksi dengan seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan : Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair. Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu “dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan DNA normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S (Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis).

Mengapa perbaikan DNA sangat penting?

Singkatnya: untuk menanggulangi 'erosi timedependent dari genom'. Yang sedikit lebih panjang jawabannya adalah bahwa ribuan masalah dengan DNA muncul setiap hari di setiap sel tubuh, yang masing-masing harus berhasil terdeteksi dan, jika perlu, diubah. Sistem perbaikan DNA mendeteksi dan mengkoordinasikan respon terhadap serangan tersebut, mempengaruhi langkah-langkah untuk mencegah kematian sel atau menghapus sel-sel kanker dari sistem tubuh. Dilakukan oleh serangkaian protein sel inti, untuk mempertahankan integritas DNA, melindungi kita dari kanker, penuaan, dan berbagai macam terkait penyakit, menjaga sistem kekebalan tubuh dan lebih penting melestarikan gen kita untuk anak-anak kita.

Kerusakan DNA akibat bahan kimia, fisik, dan lingkungan diklasifikasikan menjadi empat tipe, yaitu:

I.            Perubahan satu basa A.    Depurinasi B.     Deaminasi sitosin menjadi uraasil C.     Deaminasi adenine menjadi hipoxantin D.    Alkilasi basa E.     Insersi atau delesi nukleotida F.      Penyertaan analog basa     II.            Perubahan dua basa A.    Dimmer antartimin (pirimidin) yang diinduksi oleh sinar UV B.     Ikatan silang agen pengalkil bifungsional  III.            Pemutusan rantai A.    Radiasi pengionan B.     Disintegrasi elemen rangka (tulang punggung) oleh radioaktivitas C.     Pembentukan radikal bebas oksidatif  IV.            Ikatan silang A.    Antara basa di untai yang sama atau berlawanan B.     Antara DNA dan molekul protein (mis. Histon)

C. Mekanisme Perbaikan Dna

Region abnormal DNA, baik karena kesalahan penyalinan atau kerusakan DNA, diganti melalui empat mekanisme, yaitu:

1.      Mismatch repair (perbaikan ketidakcocokan)

2.      Base excision repair (perbaikan dengan memotong basa)

3.      Nucleotide excision repair (perbaikan dengan mengeluarkan/memotong nukleotida)

4.      Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)

Tabel. Mekanisme perbaikan DNA

Mekanisme	Masalah	Solusi
Mismatch repair (perbaikan ketidakcocokan)	Kesalahan penyalinan (lengkung tak berpasangan dengan dua sampai lima basa atau satu basa)	Pemotongan untai yang diarahkan oleh metal, pencernaan oleh eksonuklease, dan penggantian
Base excision repair (perbaikan dengan memotong basa)	Kerusakan satu basa yang timbul spontan akibat bahan kimia atau radiasi	Pengeluaran basa oleh N-glikosilase, pengeluaran gula tanpa basa, penggantian
Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong nukleotida)	Kerusakan suatu segmen DNA secara spontan akibat bahan kimia atau radiasi	Pengeluaran oligomer sekitar 30 nukleotida dan penggantian
Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)	Radiasi pengionan, kemoterapi, radikal bebas oksidatif	Sinapsis, penguraian, penyusunan, dan ligasi.

   

1. Mismatch repair (Perbaikan yang tidak berpasangan/ketidakcocokan)

Mismatch repair memperbaiki kesalahan yang dibuat ketika DNA disalin. Contohnya, C dapat terselip berhadapan dengan A, atau polymerase dapat “tergelincir” atau “tersendat” dan menyisipkan dua sampai lima basa tambahan yang tidak berpasangan. Protein-protein yang spesifik memindai DNA yang baru dibentuk menggunakan metilasi adenine  di dalam sekuens GATC sebagai titik referensi. Untai cetakan mengalami metilasi, dan untai yang baru dibentuk tidak demikian. Perbedaan ini tidak memungkinkan enzim perbaikan mengidentifikasi untai yang mengandung kesalahan nukleotida dan memerlukan pergantian. Jika ditemukan ketidakcocokan atau lengkung kecil, suatu GATC endonuklease memotong untai yang mengandung mutasi di tempat yang berkorespondensi dengan GATC. Suatu eksonuklease kemudianmencerna untai ini dari GATC dan melalui mutasi sehingga DNA yang cacat tersebut dapat dibuang. Hal ini dapat berlangsung dari kedua ujung jika cacat tersebut diapit oleh dua tempat GATC. Cacat ini kemudian di isi oleh enzim sel normal sesuai aturan pembentukan pasangan basa.

Untuk memperbaiki basa yang tidak berpasangan  harus diketahui pasangan basa mana yang salah. Pada E. coli, ini dapat diketahui oleh methylase yang disebut dengan  "Dam methylase", dimana dapat memetilasi adenines yang terdapat pada urutan (5')GATC .  Segera sesudah replikasi DNA,  template strand dimetilasi, tetapi strand yang baru disintesa belum dimetilasi. Jadi  antara template strand dan new strand akan berbeda. Pada E. coli, diperlukan tiga protein (Mut S, Mut C, dan Mut H) untuk mengenali mutasi dan memotong untai. Enzim lain di dalam sel, termasuk ligase, plimerase, dan SSB mengeluarkan dan mengganti untai.

Dimulai dengan berikatannya protein MutS pada  mismatched base pairs.  Kemudian MutL mengaktifkan MutH untuk bergabung bersama pada urutan GATC. MutH akan membelah strand yang tidak dimetilasi pada tempat GATC .  Selanjutnya, segment dari tempat pembelahan akan dibuang oleh enzim exonuclease (dengan bantuan enzim helicase II dan SSB proteins).

Bila pembelahannya pada bagian 3' dari kerusakan, akan dipotong oleh enzim exonuclease I   dan bila pada bagian 5' oleh enzim exonuclease VII atau RecJ  untuk mendegradasi single tranded  DNA.    Kekosongannya akan diisi dengan bantuan enzim DNA polymerase III dan DNA ligase.

Jarak antara tempat GATC dengan kerusakan bisa mencapai sepanjang 1,000 base pairs .

DNA. Mekanisme ini memperbaiki kesalahan pembentukan satu pasangan basa (mis. C dengan A, bukannya T dengan A) atau sepotong pendek DNA yang tidak berpasangan. Bagian yang cacat dikenali oleh suatu endonuklease yang melakukan pemotongan untai-tunggal di sekuens GATC termetilasi. Untai DNA dikeluarkan melalui mutasi, diganti, lalu disambung kembali.

2. Base excision repair (Perbaikan dengan memotong Basa)

Depurinasi DNA, yang terjadi secara spontan karena labilitas termal ikatan N-gglikosida purin, terjadi dengan kecepatan 5.000-10.000/sel/hari pada suhu 37⁰ C. enzim-enzim spesifik mengenali bagian yang mengalami depurinasi dan menggantikannya dengan purin yang secara langsung, tanpa interupsi pada tulang punggung phospodiester.

Basa sitosin, adenine, dan guanine di DNA secara spontan membentuk,  masing-masing, urasil, hipoxantin, xantin. Karena tidak ada satupun dari ketiga basa tersebut yang terdapat di DNA pada keadaan normal, tidaklah mengherankan jika N-glikosilase spesifik dapat mengenali basa-basa abnormal ini yang mengeluarkan sendiri basa dari DNA. Pengeluaran ini menandai letak kecacatan dan memungkinkan endonuklase apurinik atau apirimidinik memotong gula tanpa basa. Basa yang sesuai kemudian memotong gula tanpa basa ini. Basa yang sesuai kemudian dipasang oleh DNA polymerase, dan ligase memperbalikkan DNA ke keadaannya semula. Rangkaian kejadian ini disebut base excision repair (perbaikan dengan memotong basa). Dengan rangkaian langka serupa yang mula-mula melibatkan defek, basa teralkilasi dan analog basa dapat dikeluarkan dari DNA dan DNA dipulihkan kebentuknya semula. Mekanisme ini cocok untuk menggantikan basa tunggal, tetapi tidak efektif untuk mengganti region DNA yang rusak.

Basa-basa DNA dapat dirusak melalui deamination atau alkylation. Tempat kerusakan basa tersebut disebut dengan  "abasic site" atau "AP site".  Pada E.coli, enzim DNA glycosylase dapat mengenal AP site dan membuang basanya.  Kemudian AP endonuclease membuang AP site dan  nucleotida sekitarnya.  Kekosongan akan diisi dengan bantuan DNA polymerase I dan DNA ligase. 

Gambar. Base Excison-repair DNA, enzim urasil DNA glikosilasil membuang urasil yang terbentuk dari deaminasi spontan sitosin di DNA. Suatu endonuklease memotong kerangka utama untai di dekat defek; lalu setelah endonuklease mengeluarkan beberapa basa, defek tersebut diisi melalui kerja polimerasi dan untai tersebut kembali dihubungkan oleh suatu ligase.

3. Nucleotide excision repair (perbaikan dengan memotong nukleotida)

Mekanisme ini digunakan untuk menggantikan suatu regio DNA dengan panjang30 bp yang mengalami kerusakan. Penyebab umum kerusakan DNA semacam ini adalah sinar ultraviolet (UV), yang memicu pembentukan dimmer antarpirimidin siklobutan, dan merokok, yang menyebabkan pembentukan adduct (addition product) benzo [a]piren-guanin. Radiasi pengion, obat kemoterapi kanker, dan berbagai bahan kimia yang terdapat dilingkungan yang dan dapat menyebabkan modifikasi basa, putusnya untai, ikatan silang antara basa di untai yang berhadapan atau DNA dan protein, dan berbagai defek lain. Cacat-cacat ini diperbaiki oleh suatu proses yang disebut perbaikan yang disebut eksisi nukleotida. Proses rumit, yang melibatkan lebih banyak produk gen dibandingkan dengan dua tipe perbaikan sebelumnya, pada dasar mencakup hidrolisis dua ikatan phospodiester di untai yang mengandung kecacatan. Suatu nuclease eksisi khusus (eksinuklease), yang terdiri dari paling sedikit tigan subunit pada E. coli dan 16 polipeptida pada manusia, melaksanakan tugas ini. Di sek eukariot, enzim-enzim memotong antara ikatan phospodiester ketiga dan kelima 3^’ dari lesi, dan dari sisi 5^’ potongan terletak di suatu tempat antara ikatan keduapuluh satu dan keduapuluh lima. Karena itu, terjadi eksisi suatu fragmen DNA dengan panjang 27-29 nukleotida. Untai yang dikeluarkan kemudian diganti, juga pembentukan pasangan basa yang tepat, melalui kerja polymerase lain yang belum diketahui (d/e pada manusia), dan ujung-ujung untai disatukan dengan untai yang sudah ada oleh DNA ligase. Pada E. coli, protein UvrA, UvrB, dan UvrC berperan dalam membuang nukleotida ( dimer akibat UV light).  Kemudian kekosongan akan diisi dengan bantuan enzim DNA polymerase I dan DNA ligase.  Pada yeast,  proteins Uvr's dikenal dengan nama RADxx ("RAD" kependekan dari "radiation"), seperti RAD3, RAD10, dan lain-lain.

Gambar. Perbaikan-eksisi nukleotida (nukleotida excision repair). Mekanisme ini digunakan untuk memperbaiki defek besar DNA dan umumnya melibatkan lebih banyak protein disbanding mismatch repair atau perbaikan eksisi basa. Setelah kelainan dideteksi (ditandai oleh XXXX) dan DNA yang mengandung kelainan tersebut diraikan/(unwinding), suatu nuclease eksisi (eksinuklease) memotong DNA disebelah hulu dan hilir dari bagian yang cacat. Celah ini kemudian diisi oleh polymerase dan disambung kembali.

4. Double strand break repair (perbaikan kerusakan untai ganda)

Perbaikan kerusakan untai ganda merupakan bagian dari proses fisiologis tata ulang gen imunoglobulin. Perbaikan ini merupakan mekanisme penting untuk memperbaiki DNA yang rusak, seperti yang terjadi akibat radiasi pengion atau pembentukan radikal bebas oksidatif. Sebagian obat kemoterapi merusak sel dengan merusak untai ganda atau perbaikannya.

Mula-mula terdapat dua protein yang berperan dalam penyatuan kembali non homolog suatu kerusakan untai ganda. Ku, suatu heterodimer subunit 70 kDa dan 86 kDa, berikatan dengan ujung-ujung bebas DNA aktivitas helikase dependen-ATP laten. Heterodimer Ku yang berikatan dengan DNA merekrut suatu protein kinase unit, protein kinase dependen DNA (DNA PK). DNA-PK memiliki satu ikatan bagi ujung-ujung bebas DNA dan satu tempat ikatan untuk dsDNA tepat di bagian dalam ujung-ujung unit. Karena itu, enzim-enzim ini memungkinkan aproksimasi kedua ujung yang terpisah. Ujung bebas kompleks DNA-Ku-DNA-PK membangkitkan aktivitas kinnase pada ujung-ujung yang terpisah. DNA-PK secara timbale balik memphosporilasi KU dan molekul DNA-PK lain di untai yang berlawanan, ditrans. DNA-PK kemudian kemudian terlepas dari DNA dan KU, menyebabkan aktivasi Ku helikase. Hal ini menyebabkan penguraian kedua ujung DNA. DNA yang telah di urai dan sudah diaproksimasi kemudian membentuk pasangan basa; kelebihan ekor nukleotida dibuang oleh eksonuklease; dan celah yang ada di isi dan ditutup oleh DNA ligase.

Gambar. Perbaikan kerusakan untai ganda DNA. Protein Ku dan protein kinase dependen-DNA berikatan untuk mendekatkan kedua untai dan menguraikannya. Fragmen-fragmen yang telah berjajar membentuk pasangan basa; kelebihan ujung dikeluarkan, mungkin oleh endonuklease atau eksonuklease terkait DNA-PK, dan celah kemudian diisi; dan kontinuitas untai dipulihkan oleh ligase.

D. Perbaikan Dna dan Penuaan: Life-Span, Diet dan Dna

Mengapa kura-kura dapat memiliki umur yang lebih panjang? Para ilmuwan menemukan sesuatu yang menarik, mengapa spesies yang berbeda memiliki rentang hidup yang berbeda. Salah satunya berhubungan dengan metabolisme. Manusia dan mamalia lain memiliki tingkat metabolisme lebih tinggi daripada reptil. Seperti kita menghirup udara, oksigen berdifusi ke dalam sel kita, memicu proses combustive dari respirasi, mendorong metabolisme, untuk pertumbuhan dan perkembangan. Proses tersebut memiliki efek samping berbahaya yang dapat merusak DNA, disebut reaktif oksigen (ROS). Semakin tinggi metabolisme, semakin besar potensi kerusakan dan semakin besar kemungkinan sel kita untuk bermutasi dan kerusakan. Reptil, seperti kura-kura mungkin kurang rentan terhadap kerusakan DNA yang disebabkan oleh ROS, karena mereka menghasilkan bahan kimia reaktif dalam tingkat yang lebih rendah.

Kita tidak tahu berapa banyak kerusakan DNA menyebabkan penuaan, penelitian baru-baru ini menunjukkan bahwa mengetahui lebih banyak tentang pemeliharaan genetik dapat meningkatkan kualitas hidup. Tidak ada gunanya hidup selama kura-kura jika tidak cukup fit untuk menikmatinya.

Penelitian diet pada tikus, monyet, tikus, laba-laba, lalat buah dan cacing lebih menekankan hubungan antara metabolisme dan rentang hidup. Membatasi asupan kalori (60-70% asupan harian), diberikan vitamin yang cukup, mineral dan nutrisi lainnya. Berpikir bahwa kalori lebih sedikit akan menghasilkan tingkat metabolisme yang lebih rendah, sehingga ROS bekurangr dan kerusakan DNA juga berkurang. "Itu adalah rahasia di balik pembatasan kalori memperpanjang rentang hidup dengan cara alami," kata Jan Hoeijmakers. Penyimpangan kromosom, yang berhubungan dengan karsinogenesis, disebabkan oleh interstrand crosslink (ICL). Dalam ketiadaan protein perbaikan Ercc1/Xpf DNA ICLS menyebabkan penyimpangan banyak kromosom, terutama fusi kromatid. Pembatasan kalori mengurangi metabolisme, menurunkan ROS dan stres yang dihasilkan pada sistem perbaikan DNA sehingga menjaga sel-sel sehat lebih lama.

Oksigen reaktif adalah molekul yang dapat mengganggu atau mengubah ikatan energi antara molekul lain. Bahan kimia seperti superoksida dan hidrogen peroksida hasil dari respirasi di mitokondria di setiap sel-sel kita. Jika bertemu dengan ion besi atau tembaga membentuk radikal hidroksil yang dapat merusak basa organik (A, T, C atau G) dalam DNA.

Penghapusan basis rusak diperkirakan terjadi 20 000 kali hari dalam setiap sel tubuh. Untungnya kita memiliki sistem canggih perbaikan DNA. Para ilmuwan telah mengidentifikasi lebih dari seratus gen terlibat dalam berbagai perbaikan DNA, jalur kerusakan, sinyal dan efek respon perbaikan. Sementara kerusakan DNA belum terbukti dapat menyebabkan penuaan secara langsung, suatu gangguan, disebabkan oleh mutasi pada perbaikan DNA, termasuk gejala penuaan dini. Hanya beberapa tahun lalu, tim Jan Hoeijmaker diErasmus MC menggambarkan sindrom penuaan baru dalam remaja laki-laki yangPenuaan bahkan sebelum dia mencapai pubertas (Niedernhofer et al, Nature 2006). Pasien memiliki mutasi pada gen (Disebut XPF) terlibat bersama-sama dengan ERCC1 mitranya dalam perbaikan DNA. Kompleks dua protein (disebutXPF/ERCC1) melindungi kerusakan DNA yang disebabkan oleh UV sinar matahari, yang dapat mengacaukan urutan DNA. Mutasi pada gen XPF diketahui menyebabkan kondisi langka. Xeroderma pigmentosum dikenal sebagai (XP). Pasien dengan XP sangat sensitif terhadap sinar matahari, mereka harus benar-benar menutupi diri mereka ketika mereka pergi luar dan ketika di dalam ruangan. Pasien 'XFE' bukan hanya sensitif terhadap sinar matahari, namun juga keriput.

E. Gen P53, Penekan Kanker

Salah satu gen penekan kanker adalah gen  p53 yang merupakan pelindung siklus sel. Bila sel terluka,  p53 dalam inti memicu sel untuk  melakukan “arrest” pada perbatasan G1/S dengan menginduksi penghambat CDK (cyclin D kinase) dan sistem perbaikan DNA terlebih dahulu menghilangkan luka tersebut sebelum sel

memasuki fase S tanpa adanya DNA yang terluka. Program “arrest” dan apoptosis ini tergantung pada lingkungan fisiologik ataupun jenis sel. Oleh karena  itu kehilangan fungsi gen p53 ini merupakan penyebab munculnya malignansi. Inaktivasi gen  p53 ini biasanya terjadi dalam dua tahap yakni inaktivasi pada satu alel oleh mutasi titik  atau delesi kecil dan berikutnya adalah kehilangan alel normal oleh delesi segmen kromosom. Inaktivasi alel pertama dapat terjadi pada sel  somatik maupun sel germ.  Gen ini juga disebut “guardian of the cell”.

Beberapa jenis virus terlibat dalam proses perubahan fungsi  p53 dengan mengkode onkoprotein yang berikatan  dengan protein ini. Sel yang tidak memiliki  p53 menunjukkan ketidak stabilan genom dan memperbesar karsinogenesis.

Gen penekan tumor  p53 adalah protein yang mempunyai berat molekul 53 kilodalton (kD) dan pertama kali ditemukan pada 1979 [17]. Gen  p53 yang merupakan faktor transkripsi dan mempunyai panjang 20 kilobasa. Representasi skematik  p53 selengkapnya diperlihatkan dalam Gambar 1. Gen ini diberi gelar “molecule of the year” pada tahun 1993 oleh majalah  Science [18]. Gen ini juga terbukti mempertinggi radioresistensi suatu sel [19]. Penelitian lain membuktikan bahwa pemberian p53 ke dalam sel kanker atau cell line yang telah kehilangan fungsi gen  p53 endogen akan memperkecil tumorigenesis, sebaliknya mutan p53 memperbesar proses pembentukan tumor [20-22]. Protein  p53 dalam bentuk aktif atau stabil mengkode pengaktif transkripsi yang targetnya dapat meliputi gen-gen yang mengatur kestabilan genomik, respon selular pada luka DNA dan progresi siklus sel. Contoh gen-gen tersebut adalah  WAF1,  GADD45 dan  MDM2. Di samping stabilisasi, aktivitas trans-aktivasi  p53 juga diatur oleh fosforilasi residuamino-ujung [23]. Untuk menjalankan fungsinya,  p53 mengikat DNA dalam bentuk yang spesifik sehingga memungkinkan  p53 mengaktifkan transkripsi gen sasaran. Bagian tengah protein tersebut (residu asam amino 102-292) adalah deret spesifik daerah  DNA-binding, dimana mutasi  p53 spontanberada pada daerah ini dan secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi interaksi  p53 dengan DNA.

F. Bakteri dengan Mekanisme Perbaikan DNA yang Sangat Baik

Bakteri yang ditemukan di Corvalis, Oregon dan mempunyai kemampuan untuk bertahan hidup terhadap radiasi yang sangat tinggi ini dinamai Deinococcus radiodurans. Bentuk dari bakteri ini berupa bulat dengan diameter yang relatif besar. Kebanyakan diameternya sekitar 1,5 sampai 3,5 mikrometer.

Bakteri ini mempunyai kemampuan untuk dapat bertahan hidup terhadap radiasi yang sangat tinggi karena bakteri ini mempunyai mekanisme perbaikan DNA yang cepat dan mempunyai banyak copy dari genomenya sendiri. Jika dibandingkan dengan manusia, bakteri ini dapat bertahan terhadap radiasi 300 kali lipat daripada yang dapat dilakukan oleh manusia.

Deinococcus radiodurans ini banyak ditemukan di berbagai macam lingkungan hidup, sehingga sulit untuk menentukan dimana habitat aslinya. Para ilmuwan banyak mengembangbiakkan bakteri ini di dalam laboratorium dengan media kotoran hewan, contohnya gajah. Namun, para ilmuwan juga menemukan bakteri ini hidup dengan baik di berbagai jenis tanah, termasuk di daerah batuan granite yang kering. Karena banyak ditemukan di berbagai jenis tanah, para ilmuwan mengklasifikasikan bakteri ini ke dalam bakteri tanah. Belum ada bukti yang menunjukkan bahwa bakteri ini berinteraksi dengan organisme lain.

Deinococcus radiodurans dapat bertahan dalam 1,5 juta rads- ribuan kali lebih kuat daripada semua makhluk hidup yang ada di bumi dan 300 kali lebih kuat daripada ketahanan manusia. Bakteri ini memiliki ketahanan terhadap radiasi  karena memiliki salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat. Tidak seperti organisme lain yang kehilangan DNA karena radiasi, mikroba ini tidak kehilangan informasi genetik karena fragmen-fragmen DNA yang terputus disimpan di dalam cincin plasmid yang terkunci rapat. Fragmen-fragmen ini tersusun rapat, pada akhirnya tersusun bersama menjadi tataan yang original dan benar. Bakteri ini biasanya memperbaiki kerusakan kromosom dalam 12-24 jam melalui proses dua tahap.

Pertama, D. radiodurans menyambungkan ulang fragmen-fragmen kromosom melalui proses yang disebut penempelan untai-tunggal. DNA memperbaiki diri di dalam ring yang telah disebut. Lalu sang bakteri melakukan aksi yang sangat tidak umum. Bakteri ini terdiri dari empat kompartmen, masing-masing mengandung satu salinan DNA. Ada dua jalan kecil diantara kompartmen. Setelah sekitar satu setengah jam perbaikan di dalam cincin, DNA membuka lipatan dan bermigrasi ke kompartmen yang berdekatan—dimana terjadi saling baur dengan DNA yang telah ada disana.

Pada tahap kedua, protein memperbaiki kerusakan untai-ganda melalui rekombinasi homolog. Proses ini tidak melibatkan mutasi apapun dari replikasi normal yang biasa. Mesin perbaikan reguler, umum di manusia dan juga bakteri, melaksanakan tugasnya—memperbaiki enzim diantara dua salinan DNA, memakai templete untuk memperbaiki yang lain.

Dari empat salinan DNA, selalu ada dua atau tiga yang terkemas rapat di dalam cincin sementara yang lain dapat bergerak bebas. Sehingga kapanpun, selalu ada salinan DNA yang mengatur produksi produksi protein dan lain-lain yang tidak aktif namun terlindungi terus menerus.

Pertanyaan mengenai Deinococcus radiodurans adalah bagaimana ketahanan radioaktif yang demikian tinggi dapat berkembang. Level radiasi lingkungan alam sangat rendah—di kebanyakan tempat, tingkatnya 0.4 mGy per tahun, dan radiasi lingkungan yang diketahui paling tinggi, dekat Guarapari, Brazil, hanya 175 mGy per tahun. Dengan level radiasi lingkungan alam yang terjadi sangat rendah, organisme yang mengembangkan mekanisme untuk menahan efek radiasi tinggi sangat unik.

Valerie Mattimore dan John R. Battista dari Lousiana State University mengusulkan bahwa ketahanan radioaktif D. Radiodurans hanyalah efek samping dari mekanisme untuk bertahan terhadap kekeringan sel berkepanjangan. Untuk mendukung hipotesis ini, mereka melakukan eksperimen dimana mereka mendemonstrasikan strain mutan D. radiodurans yang sangat rentan terhadap bahaya radiasi ion juga sangat rentan terhadap bahaya kekeringan berkepanjangan, sementara tipe galur liar resisten terhadap keduanya. Sebagai tambahan untuk perbaikan DNA, D. radiodurans menggunakan ekspresi protein LEA (Late Embryogenesis Abundant) untuk melindungi diri dari kekeringan.

Michael Daly mengusulkan bahwa bakteri ini menggunakan mangan sebagai antioksidan untuk melindungi dir terhadap bahaya radiasi. Pada tahun 2007 timnya menunjukkan bahwa level mangan(II) intrasel yang tinggi pada D. radiodurans  melindungi protein dari oksidasi radiasi, dan mengemukakan ide bahwa protein, bukan DNA, adalah target pelaku dari aksi biologis ;pada bakteri sensitif, dan ketahanan ekstrim pada bakteri yang mengandung mangan didasar perlindungan protein. Deinococcus radiodurans melindungi protein, bukan DNA, sehingga memungkinkan untuk memperbaiki DNA yang rusak.

Banyak penelitian yang dilakukan untuk maenjelaskan struktur protein khusus pada D. radiodurans. Salah satu struktur protein bakteri ini yang baru-baru ini ditemukan adalah thioredoxin reductase. Reductase adalah sebuah enzim yang berperan sangat penting dalam  respon sel terhadap tekanan oksidatif, termasuk kerusakan DNA rantai ganda.

Namun poin penting lain mengenai spesies ini adalah kemampuannya untuk memperbaiki kerusakan DNA rantai ganda dengan cepat dan akurat tanpa enzim RecBCD yang pada normalnya ada di bakteri lain. Penelitian sekarang ini menunjukkan bahwa D. radiodurans mengandung rangkaian gen yang mengkode sebuah protein yang sangat mirip dengan enzim RecD pada yang ditemukan pada E.coli. Penemuan yang sangat penting ini memberi kesan bahwa enzim RecD yang seperti protein dalam D. radiodurans adalah bagian penting dalam sistem perbaikan yang ia gunakan. Telah ditunjukan bahwa penghilangan dari gen RecD mengakibatkan kepekaan terhadap radiasi meningkat dengan besar.

BAB III

PENUTUP

Ribuan masalah dengan DNA muncul setiap hari di setiap sel tubuh, yang masing-masing harus berhasil terdeteksi dan, jika perlu, diubah. Sistem perbaikan DNA mendeteksi dan mengkoordinasikan respon terhadap serangan tersebut, mempengaruhi langkah-langkah untuk mencegah kematian sel atau menghapus sel-sel kanker dari sistem tubuh. Dilakukan oleh serangkaian protein sel inti, untuk mempertahankan integritas DNA, melindungi kita dari kanker, penuaan, dan berbagai macam terkait penyakit, menjaga sistem kekebalan tubuh dan lebih

Pada fase G1 (Gap 1) terdapat check point yaitu suatu tempat dimana susunan DNA akan dikoreksi dengan seteliti-telitinya. Apabila ada kesalahan, sel mempunyai dua pilihan : Pertama, kesalahan tersebut diperbaiki dengan cara mengaktifkan DNA repair. Namun, apabila kesalahan yang ada sudah tidak mampu lagi ditanggulangi, sel memutuskan untuk mengambil pilihan kedua yaitu “dimatikan” daripada hidup membawa pengaruh buruk bagi lingkungan sekelilingnya. Saat itulah keputusan untuk berapoptosis diambil. Sel dengan DNA normal akan meneruskan perjalanan untuk melengkapi siklus yang tersisa yaitu S (Sintesis), G2 (Gap 2) dan M (Mitosis)

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, Neil A., et al. 2002. Biologi. Erlangga. Jakarta.

Francoise C., Gregory R., Qing W., Nathalie D., Fre´de´ric C., Jean-Marc L.,Jean-Christophe S., Alain P., Sylviane O., Thierry F.2000. Detection of Exon Deletions and Duplications of the Mismatch Repair Genes in Hereditary Nonpolyposis Colorectal Cancer Families Using Multiplex Polymerase Chain Reaction of Short Fluorescent Fragments.

Funayama, Tomoo, Issay Narumi, dkk. Mutation Research / DNA Repair, Volume 435, Issue 2, 22 Oktober 1999, halaman 151-161

Hua, Xiaoting, Lifen Huang, dkk. DNA Repair Volume 6, Issue 2, 4 Februari 2007, halaman 167-176

Murray, R.K., [et.al]. 2003. Biokimia Harper Edisi 25. Jakarta : EGC.

O'Brien, PJ. (2006). "Catalytic promiscuity and the divergent evolution of DNA repair enzymes". Chem Rev 106 (2): 720–52.

Rajan, Rakhi dan Charles E. Bell. Journal of Molecular Biology, Volume 344, Issue 4, 3 Desember 2004, halaman 951-963

Robert K. M. Daryl K.G. Victor W., 2009.Biokimia Harper.Edisi 27.cetakan I. Penerbit Buku Kedokteran EGC

Yuwono, T., 2008. Biologi Molekuler. Erlangga: Jakarta