Pseudogen (Inggris; Pseudogenes) adalah salinan gen yang biasanya tidak memiliki intron dan urutan DNA, dan bisa juga diartikan sebagai segmen non-fungsional dari DNA yang menyerupai fungsional asli dari gen itu sendiri.[1] Meskipun pseudogen secara genetik terlihat mirip dengan gen fungsional asli, namun pseudogen sudah mengalami banyak mutasi. Sebagian besar pseudogen muncul sebagai salinan gen fungsional yang berlebihan, baik secara langsung oleh duplikasi DNA ataupun juga secara tidak langsung oleh transkripsi dari transkrip mRNA. Dan ini biasanya akan teridentifikasi ketika dilakukan analisis urutan genom dan urutan yang mirip gen namun tidak memiliki urutan pengaturan yang diperlukan untuk dilakukannya transkripsi atau terjemahan. Urutan pengkodeannya rusak karena frameshift atau prematur Stop kodon.
Kebanyakan genom non-bakteri mengandung banyak pseudogen, dan bisa sebanyak gen fungsional. Ini terjadi karena berbagai proses biologis secara tidak sengaja membuat pseudogen, dan tidak ada mekanisme khusus untuk menghilangkannya dari genom. Pada akhirnya pseudogen dapat dihapus dari genomnya secara kebetulan melalui replikasi DNA atau perbaikan DNA, atau bisa juga pseudogen dapat mengakumulasi banyak perubahan mutasi sehingga tidak lagi dapat dikenali sebagai gen sebelumnya. Analisis peristiwa degenerasi ini membantu memperjelas efek proses non-selektif pada genom. Sekuens pseudogen dapat ditranskripsi menjadi RNA pada tingkat rendah, karena elemen promotor diwarisi dari gen leluhur atau timbul oleh mutasi baru. Belakangan ini, ada sekitar 140 pseudogen manusia telah berhasil diterjemahkan.[2]
Properti
Mengetahui adanya pseudogen pada umumnya ditandai kombinasi homologi ke gen dan hilangnya beberapa fungsionalitas. Walaupun setiap pseudogen mempunyai sekuens DNA yang mirip dengan beberapa gen fungsional, pseudogen tersebut biasanya tidak mampu menghasilkan produk protein pada akhir fungsional.[3] Meski demikian, pseudogen ini sering sulit teridentifikasi, karena ada dua persyaratan homologi dan hilangnya fungsionalitas, biasanya tersirat melalui penyelarasan urutan daripada terbukti secara biologis.
Homologi tersirat oleh identitas urutan antara urutan DNA pseudogen dan gen induk.Setelah penyelarasan kedua urutan, persentase pasangan dasar yang identik dihitung. Identitas urutan tinggi berarti bahwa sangat mungkin bahwa kedua urutan ini menyimpang dari urutan leluhur yang sama (homolog), dan sangat tidak mungkin kedua urutan ini berevolusi secara independen (lihat Evolusi konvergen).
Nonfungsionalitas dapat memanifestasikan dirinya dalam banyak cara. Biasanya, gen harus melalui beberapa langkah menuju protein yang berfungsi penuh: transkripsi, pemrosesan pra-mRNA, terjemahan, dan protein melipat adalah bagian wajib dari proses ini. Jika salah satu dari langkah-langkah ini gagal, urutan tersebut dapat dianggap tidak berfungsi. Dalam identifikasi pseudogen throughput tinggi, penonaktifan yang paling sering diidentifikasi adalah prematur stop codon dan frameshifts, yang hampir secara universal mencegah penerjemahan produk protein fungsional.
Pseudogen untuk gen RNA biasanya lebih sulit ditemukan karena tidak perlu diterjemahkan dan karenanya tidak memiliki "bingkai pembacaan". Pseudogen dapat memperumit studi genetik molekuler. Misalnya, amplifikasi sebuah gen dengan PCR dapat secara bersamaan memperkuat pseudogen yang memiliki urutan yang sama. Ini dikenal sebagai bias PCR atau bias amplifikasi. Demikian pula, pseudogen kadang-kadang diberi keterangan sebagai gen dalam urutan genom.
Pseudogen yang diproses sering kali menimbulkan masalah untuk program prediksi gen, sering kali salah diidentifikasi sebagai gen atau ekson asli. Telah diusulkan bahwa identifikasi pseudogen yang diproses dapat membantu meningkatkan akurasi metode prediksi gen.[4]
Tipe-tipe dan Keaslian
Meekanisme klasik dan proses formasi pseudogen[5][6]
Ada empat jenis utama dalam pseudogen, dan keempat jenis ini memiliki mekanisme asal dan ciri khas yang berbeda. Empat jenis utama pseudogen tersebut ialah:
Diproses
Produksi pseudogen yang diproses
Pada eukariota yang lebih tinggi, secara khusus mamalia, retrotransposisi adalah peristiwa yang lumrah terjadi dan memiliki pengaruh besar pada komposisi genom. Misalnya, sekitar 30-44% genom manusia terdiri dari elemen berulang seperti SINEs dan LINEs.[7][8] Di dalam proses terjadinya retrotransposisi ini, sebagian dari transkrip genmessenger RNA (mRNA) atau hnRNA secara otomatis terjadi transkripsi balik dan akan kembali ke DNA dan dimasukkan ke dalam kromosom DNA. Meskipun retrotransposon membuat salinan dirinya sendiri, sistem in vitro menunjukkan bahwa mereka juga dapat membuat salinan gen secara acak yang dapat ditransposisikan kembali.[9]
Setelah pseudogen ini dimasukkan kembali ke dalam genom, pseudogen tersebut akan mengandung poliadenilasi (ekor poly-A), dan biasanya akan memiliki intron yang disambung, dan keduanya merupakan ciri khas cDNA. Namun, karena berasal dari produk RNA, pseudogen yang diproses akan kekurangan promotor hulu dari gen normal, maka mereka dianggap "mati pada saat kedatangan", segera menjadi pseudogen non-fungsional setelah dilakukan peristiwa retrotransposisi.[10]
Penyisipan ini terkadang menyumbangkan ekson ke gen yang ada, biasanya melalui transkrip penyambungan alternatif,[11][12] dan pseudogen yang diproses secara terus menerus akan dibuat pada primata.[13] Contoh yang bisa diambil adalah populasi manusia, yang memiliki kumpulan pseudogen olahan yang berbeda dari setiap individu.[14]
Tidak-diproses
Salah satu contoh cara munculnya pseudogen
Tidak-diproses (Inggris: Non-processed) disebut juga dengan pseudogen duplikat. Duplikasi genetik adalah suatu proses yang umum dan penting dalam terjadinya evolusi genom. Salinan dari gen fungsional dapat muncul akibat dari peristiwa duplikasi gen yang disebabkan oleh rekombinasi homolog. Misalnya, sekuens berulang sine pada kromosom yang tidak sejajar akan memperoleh mutasi yang menyebabkan salinan kehilangan fungsi gen aslinya. Pseudogen duplikat biasanya memiliki semua karakteristik yang sama dengan gen, termasuk struktur yang utuh dari ekson - intron dan urutan pengaturannya. Hilangnya fungsi gen duplikat biasanya memiliki pengaruh kecil pada kebugaran suatu organisme, ini terjadi karena salinan fungsional yang utuh masih ada. Menurut beberapa model evolusi, pseudogen duplikat yang dibagikan menunjukkan keterkaitan antara evolusioner manusia dengan primata lainnya.[15]
Jika pseudogenisasi disebabkan oleh duplikasi gen, biasanya akan terjadi dalam beberapa juta tahun pertama setelah adanya duplikasi gen, asalkan gen tersebut tidak mengalami tekanan seleksi.[16] Duplikasi gen kemudian akan menghasilkan fungsional redundansi dan biasanya tidak menguntungkan untuk membawa dua gen identik. Mutasi yang mengganggu struktur atau fungsi salah satu dari kedua gen tidak merusak dan tidak akan dihilangkan melalui proses seleksi. Akibatnya, gen yang telah bermutasi secara bertahap menjadi pseudogen dan akan menjadi tidak terekspresikan atau tidak berfungsi. Nasib evolusioner semacam ini ditunjukkan oleh populasi model genetik[17][18] dan juga oleh analisis genom.[16][19] Menurut konteks evolusi, pseudogen ini akan dihapus atau menjadi sangat berbeda dari gen induk sehingga tidak dapat diidentifikasi lagi. Pseudogen yang relatif muda dapat dikenali karena kemiripan urutannya.[20]
Pseudogen kesatuan
2 cara pseudogen diproduksi
Berbagai mutasi (seperti indel dan mutasi nonsense) dapat mencegah gen menjadi transkripsi atau terjemahan normal, sehingga gen tersebut menjadi kurang- atau tidak berfungsi atau "dinonaktifkan". Ini merupakan mekanisme di mana gen yang tidak diproses akan menjadi pseudogen, yang berbeda pada kasus ini di mana gen tidak diduplikasi terlebihdahulu sebelum pseudogenisasi. Pseudogen seperti ini tidak akan menetap pada suatu populasi, tetapi karena berbagai efek populasi, seperti pergeseran genetik, hambatan populasi, atau juga seleksi alam, dapat menyebabkan fiksasi. Contoh klasik dari pseudogen kesatuan ini adalah gen yang diduga mengkodekan enzim L-gulono-γ-lactone oxidase (GULO) pada primata. Pada semua mamalia yang dipelajari (kecuali Marmut), GULO akan membantu biosintesis pada asam askorbat (vitamin C), tetapi akan menjadi gen yang cacat (GULOP) pada manusia dan primata lainnya.[21][22]
Contoh lain yang lebih baru dari gen yang cacat ialah dengan menghubungkan deaktivasi gen caspase 12 (melalui mutasi nonsense) ke seleksi positif pada manusia.[23] Dan telah terbukti bahwa pseudogen yang diproses akan mengakumulasi mutasi lebih cepat daripada pseudogen yang tidak diproses.[24]
Pada tahun 2016 dilaporkan bahwa ada 4 pseudogen yang diprediksi pada beberapa spesies Drosophila yang dapat menyandikan protein dan memiliki fungsi penting secara biologis,[25] dan hal ini menyimpulkan bahwa 'pseudogen-semu' tersebut merupakan sebuah fenomena. Sebagai contoh, protein fungsional (reseptor penciuman) hanya dapat ditemukan di neuron. Pada 2012, ditemukan ada sekitar 12.000–14.000 pseudogen dalam genom manusia,[26]hampir sebanding dengan nilai perkiraan yakni sekitar 20.000 gen dalam genom. Penemuan ini memberi penjelasan mengapa manusia dapat bertahan hidup meskipun terjadi 20 sampai 100 kali mutasi putatifhomozigot dan kehilangan fungsinya dalam genom manusia.[27]
Melalui analisis ulang tahun 2016, ditemukan lebih dari 50 juta peptida yang dihasilkan dari proteome manusia dan dipisahkan oleh spektrometri massa. Dengan kata lain, terdapat sekitar 19.262 protein manusia yang dihasilkan dari 16.271 gen atau kelompok gen. Dan dari penelitian itu, telah diidentifikasi ada 8 gen pengkode protein baru pada gen manusia.[28]
Contoh fungsi pseudegon
Drosophila glutamate receptor. Istilah "pseudogen"-semu" diciptakan untuk gen yang mengkode kemosensori reseptor glutamat ionotropik Ir75a dari Drosophila sechellia, yang mengandung kodon terminasi dini (Inggris: premature termination codon atau PTC) dan dengan demikian diklasifikasikan sebagai pseudogen. Namun, lokus Ir75a akan menghasilkan reseptor fungsional, karena adanya translasi pembacaan PTC. Pembacaan ini hanya akan terdeteksi di neuron dan bergantung pada urutan nukleotida di hilir PTC.[25]
siRNAs. Beberapa siRNA endogen sepertinya diturunkan dari pseudogen, sehingga beberapa pseudogen memiliki peran mengatur transkrip pengkode protein, seperti yang telah ditinjau.[29] Salah satu contoh diantaranya ialah psiPPM1K. Pemrosesan RNA yang ditranskripsi dari psiPPM1K akan menghasilkan siRNA yang dapat bertindak untuk menekan jenis kanker hati, Karsinoma hepatoseluler.[30]
Pseudogen salah identifikasi
Terkadang gen dianggap sebagai pseudogen, berdasarkan analisis bioinformatis, tetapi kemudian akan berubah menjadi gen fungsional. Salah satu contoh ialah gen Drosophila jingwei[31][32] yang mengkode enzim fungsional alcohol dehydrogenasein vivo.[33]
Contoh lain ialah pengkodean gen manusia mutase fosfogliserat[34] yang sering dianggap sebagai pseudogen, ternyata merupakan gen fungsional,[35] sekarang disebut gen PGAM4. Mutasi di dalamnya akan menyebabkan kemandulan.[36]
^Mighell AJ, Smith NR, Robinson PA, Markham AF (February 2000). "Vertebrate pseudogenes". FEBS Letters. 468 (2–3): 109–14. doi:10.1016/S0014-5793(00)01199-6. PMID10692568.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Jurka J (December 2004). "Evolutionary impact of human Alu repetitive elements". Current Opinion in Genetics & Development. 14 (6): 603–8. doi:10.1016/j.gde.2004.08.008. PMID15531153.
^Dewannieux M, Heidmann T (2005). "LINEs, SINEs and processed pseudogenes: parasitic strategies for genome modeling". Cytogenetic and Genome Research. 110 (1–4): 35–48. doi:10.1159/000084936. PMID16093656.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Dewannieux M, Esnault C, Heidmann T (September 2003). "LINE-mediated retrotransposition of marked Alu sequences". Nature Genetics. 35 (1): 41–8. doi:10.1038/ng1223. PMID12897783.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Graur D, Shuali Y, Li WH (April 1989). "Deletions in processed pseudogenes accumulate faster in rodents than in humans". Journal of Molecular Evolution. 28 (4): 279–85. Bibcode:1989JMolE..28..279G. doi:10.1007/BF02103423. PMID2499684.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Pavlícek A, Paces J, Zíka R, Hejnar J (October 2002). "Length distribution of long interspersed nucleotide elements (LINEs) and processed pseudogenes of human endogenous retroviruses: implications for retrotransposition and pseudogene detection". Gene. 300 (1–2): 189–94. doi:10.1016/S0378-1119(02)01047-8. PMID12468100.
^Zhang J (2003). "Evolution by gene duplication: an update". Trends in Ecology and Evolution. 18 (6): 292–298. doi:10.1016/S0169-5347(03)00033-8.
^Nishikimi M, Kawai T, Yagi K (October 1992). "Guinea pigs possess a highly mutated gene for L-gulono-gamma-lactone oxidase, the key enzyme for L-ascorbic acid biosynthesis missing in this species". The Journal of Biological Chemistry. 267 (30): 21967–72. PMID1400507.
^Nishikimi M, Fukuyama R, Minoshima S, Shimizu N, Yagi K (May 1994). "Cloning and chromosomal mapping of the human nonfunctional gene for L-gulono-gamma-lactone oxidase, the enzyme for L-ascorbic acid biosynthesis missing in man". The Journal of Biological Chemistry. 269 (18): 13685–8. PMID8175804.
^Jeffs P, Ashburner M (May 1991). "Processed pseudogenes in Drosophila". Proceedings: Biological Sciences. 244 (1310): 151–9. doi:10.1098/rspb.1991.0064. PMID1679549.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Wang W, Zhang J, Alvarez C, Llopart A, Long M (September 2000). "The origin of the Jingwei gene and the complex modular structure of its parental gene, yellow emperor, in Drosophila melanogaster". Molecular Biology and Evolution. 17 (9): 1294–301. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a026413. PMID10958846.
^Dierick HA, Mercer JF, Glover TW (October 1997). "A phosphoglycerate mutase brain isoform (PGAM 1) pseudogene is localized within the human Menkes disease gene (ATP7 A)". Gene. 198 (1–2): 37–41. doi:10.1016/s0378-1119(97)00289-8. PMID9370262.
^Betrán E, Wang W, Jin L, Long M (May 2002). "Evolution of the phosphoglycerate mutase processed gene in human and chimpanzee revealing the origin of a new primate gene". Molecular Biology and Evolution. 19 (5): 654–63. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a004124. PMID11961099.
^Goodhead I, Darby AC (February 2015). "Taking the pseudo out of pseudogenes". Current Opinion in Microbiology. 23: 102–9. doi:10.1016/j.mib.2014.11.012. PMID25461580.
^Dagan, Tal; Blekhman, Ran; Graur, Dan (19 October 2005). "The "Domino Theory" of Gene Death: Gradual and Mass Gene Extinction Events in Three Lineages of Obligate Symbiotic Bacterial Pathogens". Molecular Biology and Evolution. 23 (2): 310–316. doi:10.1093/molbev/msj036. PMID16237210.
.jpg)
