Sekuens konsensus Kozak

Sekuens konsensus Kozak, atau yang dikenal sebagai sekuens Kozak, adalah motif asam nukleat yang berperan sebagai situs inisiasi translasi protein pada sebagian besar mRNA eukariota. Sekuens ini dianggap sebagai sekuens paling optimum untuk menginisiasi translasi di eukariota. Sekuens Kozak merupakan komponen penting dari regulasi protein dan kesehatan sel secara umum, bahkan memiliki berbagai implikasi dalam pelbagai penyakit di manusia. Hal tersebut dikarenakan sekuens Kozak berperan dalam memastikan protein ditranslasikan dengan benar, memediasi penyusunan ribosom, dan menginisiasi translasi. Situs mulai yang salah dapat menghasilkan protein yang tidak fungsional. Sekuens ini dinamakan berdasarkan peneliti yang menemukannya, yakni Marilyn Kozak. Sekuens Kozak ditemukan melalui analisis mendetail dari sekuens genomik DNA.

Sekuens Kozak berbeda dengan situs pengikatan ribosom yang ada pada bakteri.

 Sekuens 
Sekuens Kozak ditemukan dengan mensekuens mRNA dari 699 organisme vertebrata dan diverifikasi dengan mutagenesis terarah. Meskipun awalnya hanya terbatas pada beberapa vertebrata (manusia, sapi, kucing, anjing, ayam, marmut, hamster, tikus, babi, kelinci, domba, dan xenopus), studi lanjutan mengonfirmasi bahwa sekuens ini dikonservasi di eukariota secara umum. Sekuens ini definisikan sebagai 5'-(gcc)gccRccAUGG-3' dengan ketentuan bahwa:

 Nukleotida yang digarisbawahi menandakan kodon mulai yang mengode metionina.
 Huruf kapital menandakan basa yang sangat dikonservasi, misalnya 'AUGG' yang bersifat tetap atau sangat jarang berubah.Nomenclature for Incompletely Specified Bases in Nucleic Acid Sequences, NC-IUB, 1984.
 'R' mendandakan bahwa purina (adenina atau guanina) selalu dapat ditemukan pada posisi tersebut (adenina cenderung lebih sering muncul menurut Kozak).
 Huruf kecil menunjukkan basa yang paling umum ditemukan pada posisi tersebut, tetapi masih mungkin bervariasi.
 Urutan dalam tanda kurung (gcc) memiliki signifikansi yang belum pasti.

Kodon AUG adalah kodon inisiasi yang mengode metionina pada ujung terminal-N protein. Terkadang GUG digunakan sebagai kodon inisiasi, tetapi metionina tetap menjadi asam amino pertama karena met-tRNA dalam kompleks inisiasi merupakan tRNA yang terikat ke mRNA. Variasi dalam sekuens Kozak dapat mengubah "kekuatan" sekuens tersebut. Kekuatan sekuens Kozak mengacu pada tingkat kemudahan inisiasi, yang memengaruhi jumlah protein yang disintesis dari mRNA tertentu. Nukleotida A pada "AUG" ditandai sebagai +1 dalam urutan mRNA, sedangkan basa sebelumnya diberi label −1. Pada konsensus "kuat," baik nukleotida pada posisi +4 (misalnya G dalam konsensus) maupun −3 (misalnya A atau G dalam konsensus) relatif terhadap nukleotida +1 harus sesuai dengan konsensus. Konsensus "sedang" hanya memiliki salah satu dari situs ini, sedangkan konsensus "lemah" tidak memiliki keduanya. Nukleotida cc pada posisi −1 dan −2 tidak terlalu terkonservasi, tetapi tetap berkontribusi pada kekuatan keseluruhan sekuens. Ada juga penemuan bahwa nukleotida G pada posisi −6 memiliki peran penting dalam inisiasi translasi. Meskipun posisi +4 dan −3 pada sekuens Kozak memiliki peran relatif paling penting dalam membentuk konteks inisiasi yang mendukung, motif CC atau AA pada posisi −2 dan −1 juga penting untuk inisiasi translasi pada tanaman tembakau dan jagung. Sementara itu, pada ragi ditemukan bahwa tingkat sintesis protein sangat dipengaruhi oleh komposisi adenina pada sekuens Kozak (semakin banyak adenina, semakin tinggi tingkat sintesis protein). Sekuens Kozak yang kurang optimal dapat memungkinkan KPI untuk melewati situs AUG pertama dan memulai inisiasi pada kodon AUG berikutnya.

 Penyusunan Ribosom 
Ribosom disusun pada kodon mulai (AUG) yang terletak di sekuens Kozak. Sebelum inisiasi translasi, pemindaian dilakukan oleh kompleks pra-inisiasi (KPI). KPI terdiri dari subunit ribosom kecil 40S yang terikat ke kompleks tersier, elF2-GTP-intiatorMet tRNA (TC) untuk membentuk ribosom 43S. Kompleks tadi akan direkrut ke ujung 5' dari mRNA dengan bantuan faktor inisiasi lain seperti elF1 dan elF1A, elF5, elF3, dan protein pengikat poliA. Pada eukariota, mRNA mereka memiliki struktur penutup 7-metilguanosina (m7G) yang dapat membantu merekrut KPI ke mRNA dan memulai pemindaian. Perekrutan ke tutup m7G pada ujung 5′ juga didukung oleh ketidakmampuan ribosom eukariota untuk menerjemahkan mRNA melingkar, yang tidak memiliki ujung 5′. Setelah terikat pada mRNA, KPI memindai hingga mencapai kodon AUG pertama dalam sekuens Kozak. Proses pemindaian ini dikenal sebagai mekanisme pemindaian untuk inisiasi.
pra=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Eukaryotic_initiation.png|jmpl|Gambaran umum proses inisiasi eukariota yang menunjukan pembentukan KPI dan pemindaian untuk inisiasi.
Mekanisme pemindaian untuk inisiasi dimulai ketika kompleks pra-inisiasi (KPI) berikatan dengan ujung 5′ dari mRNA. Pemindaian ini distimulasi oleh Dhx29, Ddx3/Ded1, dan protein eIF4. Dhx29 dan Ddx3/Ded1 adalah helikase DEAD-box yang berfungsi untuk membuka struktur sekunder mRNA yang dapat menghambat proses pemindaian. Pemindaian mRNA berlangsung hingga mencapai kodon AUG pertama pada mRNA, yang dikenal sebagai "Aturan AUG Pertama". Meskipun terdapat pengecualian terhadap "Aturan AUG Pertama," sebagian besar pengecualian terjadi pada kodon AUG kedua yang terletak 3 hingga 5 nukleotida di hilir kodon AUG pertama atau dalam jarak 10 nukleotida dari ujung 5′ mRNA. Pada kodon AUG, antikodon tRNA metionina dikenali oleh kodon mRNA. Setelah pasangan basa terbentuk pada kodon awal, eIF5 dalam KPI membantu menghidrolisis guanosina trifosfat (GTP) yang terikat pada eIF2. Proses ini memicu perubahan struktural yang mengikatkan KPI ke subunit ribosom besar (60S) untuk membentuk kompleks ribosom (80S). Setelah kompleks ribosom 80S terbentuk, fase elongasi translasi dimulai.

Kodon awal pertama yang paling dekat dengan ujung 5′ dari untai tidak selalu dikenali jika tidak berada dalam sekuens mirip-Kozak. Gen Lmx1b adalah contoh gen yang memiliki sekuens konsensus Kozak yang lemah. Untuk memulai translasi dari situs seperti itu, fitur lain dalam urutan mRNA diperlukan agar ribosom dapat mengenali kodon inisiasi. Pengecualian terhadap aturan AUG pertama dapat terjadi jika kodon tersebut tidak berada dalam sekuens yang menyerupai Kozak. Fenomena ini dikenal sebagai pemindaian bocor (leaky scanning).

Kompleks pra-inisiasi diduga berhenti sementara pada sekuens Kozak akibat interaksi antara eIF2 dengan nukleotida −3 dan +4 pada sekuens Kozak. Penghentian sementara ini memberikan waktu bagi kodon awal dan antikodon yang sesuai untuk membentuk ikatan hidrogen dengan benar. Sekuens konsensus Kozak sangat umum sehingga kemiripan urutan di sekitar kodon AUG dengan sekuens Kozak digunakan sebagai kriteria untuk menemukan kodon awal pada genom eukariota.

 Perbedaan dengan sistem di bakteri 
Mekanisme pemindaian untuk inisiasi dengan sekuens Kozak hanya ditemukan pada eukariota dan memiliki perbedaan yang signifikan dibandingkan sistem inisiasi translasi bakteri. Tidak seperti eukariota, bakteri menggunakan sekuens Shine-Dalgarno (SD), dikenal pula sebagai situs pengikatan ribosom, di mRNA-nya. Sekuens SD terletak dekat kodon mulai, berbeda dengan sekuens Kozak yang mencakup kodon mulai itu sendiri. Keberadaan sekuens Shine-Dalgarno memungkinkan subunit 16S dari subunit kecil ribosom untuk menempel ke AUG atau alternatif kodon mulai. Sebaliknya, mekanisme pemindaian pada eukariota membutuhkan proses seleksi yang lebih ketat terhadap kodon AUG dibandingkan dengan bakteri. Contoh fleksibilitas penggunaan kodon awal pada bakteri dapat dilihat pada gen-gen tertentu yang menggunakan kodon awal alternatif seperti UUG dan GUG.

Transkrip arkea menggunakan gabungan dari sekuens SD, sekuens Kozak, dan inisiasi leaderless. Haloarkea diketahui memiliki varian dari konsensus Kozak pada gen Hsp70 mereka.

 Mutasi dan penyakit 
pra=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Campomelic_dysplasia.png|jmpl|Dysplasia Campomelic adalah kelainan yang menyebabkan masalah pada kerangka, sistem reproduksi, dan/atau saluran napas. Dysplasia Campomelic dapat disebabkan oleh mutasi terkait Kozak pada gen SOX9.
Marilyn Kozak menunjukkan, melalui studi sistematis terhadap mutasi titik, bahwa setiap mutasi pada sekuens konsensus kuat di posisi −3 atau +4 menyebabkan gangguan yang signifikan pada inisiasi translasi, baik secara in vitro maupun in vivo.

Riset telah menunjukan bahwa mutasi dari basa guanina menjadi sitosina pada posisi -6 dari gen globin beta mengganggu fungsi fenotipe hematologi dan biosintetik. Mutasi ini merupakan mutasi pertama yang ditemukan pada sekuens Kozak dan menunjukkan penurunan efisiensi translasi sebesar 30%. Mutasi ini ditemukan pada sebuah keluarga dari Italia Tenggara yang menderita talasemia intermedia.

 Variasi dari sekuens konsensus 
Konsensus Kozak telah dideskripsikan dengan berbagai bentuk, misalnya:
      65432-+234
 (gcc)gccRccAUGG (Kozak 1987)
        AGNNAUGN
         ANNAUGG
         ACCAUGG (Spotts et al., 1997, disebutkan di Kozak 2002)
      GACACCAUGG (H. sapiens HBB, HBD, R. norvegicus Hbb, dll.) 
+Sekuens mirip-Kozak di berbagai organisma eukariotaBiotaFilumSekuens konsensusVertebrata (Kozak 1987)gccRccATGGLalat buah (Drosophila spp.)ArthropodaatMAAMATGamcRagi (Saccharomyces cerevisiae)AscomycotaaAaAaAATGTCtJamur lendir (Dictyostelium discoideum)AmoebozoaaaaAAAATGRnaCiliataCiliophoranTaAAAATGRctProtozoa malaria (Plasmodium spp.)ApicomplexataaAAAATGAanToksoplasma (Toxoplasma gondii)ApicomplexagncAaaATGgTrypanosomatidaeEuglenozoannnAnnATGnCTanaman daratacAACAATGGCMikroalga (Chlamydomonas reinhardtii)ChlorophytagccAaCATGGcg

 Referensi 

Kategori:Biosintesis protein