Epigenetika

Epigenetika (bahasa Inggris: epigenetics), di dalam biologi, adalah studi tentang perubahan fenotipe atau ekspresi genetika yang disebabkan oleh mekanisme selain perubahan sekuens DNA dasar. Epigenetika berasal dari bahasa Yunani, epi- yang berarti "di atas" atau "menutupi", dan -genetika. Tidak ada perubahan pada sekuens DNA dasar, melainkan faktor non genetika yang menyebabkan ekspresi gen organisme berubah.^[2]

Contoh terbaik perubahan epigenetika pada eukariotik adalah proses diferensiasi sel. Selama morfogenesis, sel induk totipoten berubah menjadi bermacam-macam sel pluripoten pada embrio yang kemudian akan berubah menjadi sel yang berdiferensiasi secara penuh. Dengan kata lain, zigot, sebuah sel telur yang telah dibuahi, berubah menjadi berbagai jenis sel, seperti neuron (sel saraf), sel otot, epitel, pembuluh darah, dan sebagainya, yang kemudian akan terus membelah.^[3] Hal ini terjadi di mana pengaktifan beberapa gen dapat mengakibatkan peredaman gen lainnya. Contoh lainnya adalah seperti yang terlihat pada gambar, dua tikus hasil kloning dengan gen yang sama dan status metilasi DNA yang berbeda menghasilkan ekspresi genetika yang berbeda.^[1]

Sejarah

Sejarah epigenetika berhubungan dengan studi evolusi dan perkembangan, tetapi kemudian istilah epigenetika telah mengalami perubahan seiring dengan meningkat pesatnya pengertian tentang mekanisme molekuler yang mendasari pengaturan ekspresi gen pada eukariota.^[3] Hingga 1950-an, istilah epigenetika digunakan secara berbeda yaitu untuk mengelompokkan semua kejadian perkembangan dimulai dari zigot hingga organisme dewasa, dalam hal ini semua proses regulasi, dimulai dari materi genetika yang kemudian membentuk hasil akhir.^[3]

Organisme yang digunakan dalam penelitian epigenetika antara lain Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Neurospora crassa, yang merupakan organisme sel tunggal dan eukariotik tingkat rendah dengan siklus hidup pendek, Arabidopsis thaliana di mana pada organisme ini terdapat peredaman transkripsi gen oleh kompleks RNAi, Tetrahymena dan Paramecium yang memiliki inti sel dimorfisme yang unik, Caenorhabditis elegans dan Drosophila melanogaster, invertebrata yang merupakan organisme multiselular, hingga organisme vertebrata (mamalia).^[3]

Mekanisme epigenetika

Mekanisme epigenetika antara lain adalah metilasi DNA, modifikasi histon, dan perubahan bentuk kromatin.^[4]

Metilasi DNA

Metilasi DNA terjadi pada posisi 5 dari cincin pirimidin sitosina, dalam konteks dinukleotida CpG.^[4] Metilasi sendiri merupakan peristiwa dimana terjadi penambahan gugus metil pada sitosina. Mekanisme ini mendasari berbagai macam fenomena transkripsi, termasuk imprinting, inaktivasi kromosom X, serta transgenerational epigenetic inheritance.^[5] Enzim yang berperan dalam proses metilasi diantaranya adalah DNA metiltransferase (DNMT).^[5]

Kebalikan dari metilasi adalah demetilasi. Proses demetilasi DNA pada tumbuhan diketahui melibatkan 5-metilsitosina glikosilase melalui jalur koreksi DNA dengan pemotongan basa, sedangkan pada mamalia proses demetilasi ini belum diketahui secara pasti mekanismenya.^[6] Penelitian pada awal tahun 2010 menyatakan proses demetilasi kemungkinan diperantarai suatu reaksi yang membutuhkan radikal S-adenosine metionin (SAM) utuh.^[7]

Modifikasi histon

Modifikasi histon memengaruhi perubahan bentuk kromatin.^[4] Ada berbagai macam modifikasi yang dapat terjadi pada histon, diantaranya adalah metilasi, fosforilasi, dan asetilasi.

Perubahan bentuk kromatin

Pada berbagai sel eukariota tingkat tinggi, ada dua tipe kromatin pada tahap interfase yaitu:^[8]

Eukromatin, merupakan bentuk yang kurang padat, atau yang bentuk terbuka.^[4]^[8] Eukromatin berbentuk padat selama pembelahan sel, tetapi mengendur menjadi bentuk yang terbuka selama interfase.^[9]
Heterokromatin, merupakan bentuk yang lebih padat, atau bentuk tertutup.^[4]^[8] Heterokromatin sangat padat pada pembelahan sel, demikian pula pada saat interfase.^[9]

Saat suatu gen yang secara normal terekspresi pada bentuk eukromatin berpindah pada daerah heterokromatin, dapat menghentikan ekspresi gen tersebut, dan terjadilah peredaman gen.^[8]

Lihat pula

Catatan kaki

^ ^a ^b (Inggris) Jane Bradbury (22 December 2003). "Human Epigenome Project-Up and Running". PLos Biol. 1 (3): 316-319. doi:doi10.1371/journal.pbio.0000082 Periksa nilai |doi= (bantuan). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2010-08-09. Diakses tanggal 2010-04-10.
^ (Inggris) Alberts, Bruce (2008). Molecular Biology of the cell. Garland Science. hlm. 219. ISBN 978-0-8153-4106-2. Diakses tanggal 2010-03-31.
^ ^a ^b ^c ^d (Inggris) Allis, C.David (2007). Epigenetics. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. hlm. 26-27. ISBN 978-0-87969-724-2.
^ ^a ^b ^c ^d ^e (Inggris) Tost, Jorg (2009). DNA Methylation Methods and Protocols. New York: Humana Press. ISBN 978-1-934115-61-9.
^ ^a ^b (Inggris) Dengke K. Ma, Junjie U. Guo, Guo-li Ming, Hongjun Song (2009-5-15). "DNA excision repair proteins and Gadd45 as molecular players for active DNA demethylation". Cell cycle. 37: 1526-1531. doi:Cell Cycle 8:10, 1526-1531; 15 May 2009 Periksa nilai |doi= (bantuan). line feed character di |title= pada posisi 66 (bantuan);
^ (Inggris) Steen K.T. Ooi, Timothy. H. Bestor (2008-7-27). "The Colourfull History of Active DNA Demethylation". Cell. 133: 1145-1148. doi:DOI 10.1016/j.cell.2008.06.009 Periksa nilai |doi= (bantuan).
^ (Inggris) Yuki Okada, Kazuo Yamagata, Kwonho Hong, Teruhiko Wakayama, Yi Zhang (2010-1-28). "A Role for the Elongator Complex in zygotic paternal Genome Demethylation". Nature. 463: 554-559. doi:10.1038/nature08732.
^ ^a ^b ^c ^d (Inggris) Alberts, Bruce (2008). Molecular Biology of the cell. Garland Science. hlm. 220. ISBN 978-0-8153-4106-2. Diakses tanggal 2010-03-31.
^ ^a ^b (Inggris) Pritchard, Dorian J. (2008). Medical Genetics at a Glance. Oxford, England: Blackwell Publishing. ISBN 978-1-4051-4846-7.