Penyenyapan gen

Penyenyapan gen ialah pengawalan ekspresi gen dalam sel untuk menghalang ekspresi gen tertentu. Penyenyapan gen boleh berlaku sama ada semasa transkripsi atau terjemahan dan sering digunakan dalam bidang penyelidikan. 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. Apabila sesuatu gen itu disenyapkan, ekspresi gen tersebut akan berkurangan. Sebaliknya, apabila gen tersebut disingkirkan, ia dipadamkan sepenuhnya daripada genom organisma maka tidak mempunyai ekspresi gen itu lagi. 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.

 Jenis 

 Transkripsi 

 Peneraan genom
 Paramutasi
 Penyenyapan transposon (atau Pengubahsuaian Histon)
 Penyenyapan transgen
 Kesan kedudukan
 Pemetilan DNA arahan RNA

 Pasca transkripsi 

 Pengganggu RNA
 Penyenyapan RNA
 Pereputan berperantara tak bererti

 Bermeiosis 

 Transveksi
 Penyenyapan meiosis DNA tidak berpasangan

 Kaedah penyelidikan 

 Oligonukleotida antierti 
Oligonukleotida antierti telah ditemui pada tahun 1978 oleh Paul Zamecnik dan Mary Stephenson. Oligonukleotida yang merupakan serpihan asid nukleik pendek terikat pada sasaran pelengkap molekul mRNA apabila ditambah ke dalam sel. Molekul-molekul ini mungkin terdiri daripada DNA atau RNA berbebenang tunggal dan secara amnya panjang bebenang tersebut sekitar 13–25 nukleotida. Oligonukleotida antierti boleh menjejaskan ekspresi gen dalam dua cara: dengan menggunakan mekanisme yang bergantung kepada RNase H atau dengan menggunakan mekanisme penyekat sterik. Oligonukleotida bersandar RNase H akan menyebabkan molekul mRNA sasaran terdegradasi, manakala oligonukleotida penyekat sterik pula menghalang terjemahan molekul mRNA. Kebanyakan ubat antierti berfungsi melalui mekanisme bersandar RNase H yang menggunakan RNase H untuk menghidrolisis bebenang RNA di bawah ungkapan heterodupleks DNA/RNA. 

 Ribozim 
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. 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. Motif-motif ini mampu memotong sendiri ikatan fosfodiester tertentu pada molekul mRNA. Beberapa jenis eukariota pada peringkat taksonomi rendah serta beberapa jenis bakteria mengandungi ribozim kumpulan I dan kumpulan II. Motif-motif ini mampu bersambung secara sendiri dengan membelah dan menyambung ikatan fosfodiester. 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.

Mekanisme pemangkin umum yang digunakan oleh ribozim adalah seakan dengan mekanisme yang digunakan oleh ribonuklease protein. 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'.  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.

 Pengganggu RNA 
kanan|thumb|330x330px| Kiri: Gambaran keseluruhan pengganggu RNA.
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. Proses untuk menyenyapkan gen pertamanya bermula dengan kemasukan molekul bebenang RNA ganda dua (dsRNA) ke dalam sel, yang mencetuskan laluan RNAi. Molekul bebenang ganda dua tersebut kemudiannya dibelah menjadi serpihan bebenang ganda dua yang lebih kecil oleh enzim bernama Dicer. Serpihan-serpihan kecil tersebut yang termasuklah RNA pengganggu kecil (siRNA) dan mikroRNA (miRNA) mempunyai panjang kira-kira 21-23 nukleotida. 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. Satu bebenang molekul yang dipanggil sebagai bebenang "pemandu" terikat kepada RISC, manakala satu lagi bebenang yang dikenali sebagai bebenang "penumpang" pula terdegradasi. Bebenagn pemandu atau serpihan kepada bebenang  antierti yang kekal terikat pada RISC mengarahkan penyenyapan khusus urutan pada molekul mRNA sasaran. 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. Dengan pembelahan atau peredaman translasi molekul mRNA, gen yang membentuk molekul tersebut pada dasarnya akan menjadi tidak aktif. RNAi dianggap telah berevolusi menjadi mekanisme pertahanan sel sama ada melawan penceroboh seperti virus RNA, atau untuk mencegah pembiakan transposon dalam DNA sel. Kedua-dua virus RNA dan transposon tersebut boleh wujud sebagai bebenang RNA ganda dua dan membawa kepada pengaktifan RNAi. 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, Arrowhead, Discerna, dan Persomics.

 Jujukan tidak tertranslasi tiga prima dan mikroRNA 
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). Freidman et al. 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. Beberapa eksperimen lain pula menunjukkan bahawa miRNA tunggal boleh meredam pengeluaran ratusan protein, tetapi peredaman ini selalunya agak ringan (kurang daripada 2 kali ganda).

Kesan nyahregulasi miRNA terhadap ekspresi gen nampaknya penting pada kanser. Contohnya, dalam kanser gastrousus, sembilan miRNA telah dikenal pasti terubah secara epigenetik dan berkesan dalam mengawal atur enzim pembaikan DNA. 

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.

 Lihat juga 

 CRISPR
 Pengganggu RNA aruhan DNA
 Pemacu gen
 Penyahfungsian gen
 PPRH

 Rujukan 

Kategori:Pengubahsuaian pascatranslasi
Kategori:RNA
Kategori:DNA
Kategori:Epigenetik
Kategori:Ekspresi gen
Kategori:WPPER