MUTASI

Asmarinah

Dwi Anita Suryandari

Departemen Biologi Kedokteran FKUI

MutasiMutasi adalah perubahan materi genetik

Mutasi dibedakan menjadi :1. Mutasi Besar (tingkat Kromosom)2. Mutasi kecil/titik (tingkat DNA)

Individu yang mengalami mutasi dinamakan Mutan.

Mutan dapat terseleksi atau dapat bertahan hidup di dalam populasi.

Types of mutations

DNA - Gene

Mutasi dapat dibedakan berdasarkan pada tingkatan sel.

1. Mutasi germinal : terjadi pada sel-sel gamet dan akan diturunkan kepada keturunannya.

2. Mutasi somatik Terjadi pada sel=-sel somatik dan

tidak akan diturunkan kepada generasi berikutnya.

Mutasi dapat dibagi menjadi dua :

1. Mutasi Besar : mutasi yang terjadi pada tingkat kromosom, berupa perubahan jumlah atau struktur kromosom.

A. Perubahan Jumlah : akibat non disjuction/gagal berpisah kromosom pada saat anafase

* Euploidi : 3N, 4N, 5N * An-euploidi : 2N+1, 2N-1, 2N+1 dllB. Perubahan struktur : delesi,

translokasi, substitusi

2. Mutasi kecil/ titik : Mutasi yang terjadi pada tingkat DNA .

Sindroma Down akibat non disjunction kromosom 21Genotip = 46 XX/XY + 21

Nondisjunction pada kromosom seks: XO, XXY

Mutasi titik dapat diklasifikasikan menjadi :

Substitusi Terjadi substitusi/ penggantian satu/lebih pasang basa

Delesi Kehilangan satu/lebih pasang basa

Insersi Penambahan satu/lebih pasang basa pada sekuen

Types of point mutation:

Mutasi pada gen wild type yang menyebabkan perubahan fenotip dinamakan forward mutation.

Jika terjadi mutasi kedua kalinya menyebabkan kembali ke bentuk wild type dinamakan : reverse mutation.

Reverse mutation dapat terjadi : 1)Mutasi kedua terjadi pada tempat

yang sama 2) Mutasi kedua terjadi pada lokasi yang

berbeda tetapi mempunyai pengaruh pada mutasi yang pertama

Frameshift mutations : mutasi yang disebabkan karena perubahan sekuen berupa (delesi, adisi), menyebabkan kesalahan baca .

Missense mutation : Mutasi yang menyebabkan perubahan pada susunan asam amino yang dibentuk.

silent mutation :Mutasi yang disebabkan karena perubahan nukleotida tetapi tidak merubah asam amino yang dibentuknya.

Non Sense mutasi :Terjadinya mutasi sehingga dibentuk kode stop : UAA, UAG dan UGA

Neutral mutation : mutasi yang tidak memberi pengaruh/ perubahan pada fenotip organisme

Seringkali mutasi menyebabkan adanya penurunan aktivitas gen atau tidak dihasilkan suatu produk gen sama sekali.

Mutasi dan ekspresinya pada wild-type & mutan

Contoh : mutasi yang diturunkan secara autosomal resesif yang melibatkan gen-gen pengkode enzim dalam proses metabolisme

- Phenylketonuria-Tyrosinosis-Tyrosinemia-Alkaptonuria-Albinism

Berdasarkan penyebabnya, mutasi dibedakan menjadi :* Mutasi spontan * Mutasi induksi Mutasi yang disebabkan karena paparan bahan kimia dan fisik dari luar . Bahan penyebab mutasi dinamakan mutagen

Bahan penyebab mutasi (mutagen)1. Bahan Kimia - alkylating agent, merubah grup alkil (CH3-, CH3CH2) menjadi basa nitrogen Ex: Mustard gas [Di-(2-chloroethyl) sulfide] EMS (Ethyl methane sulfonate)

- Analog Basa , senyawa kimia yang mirip dengan basa nitrogen dan menyisip diantara urutan DNA saat replikasi Ex: 5-Bromouracil (BU) 2-Aminopurin (2-AP)

- Deaminating agent, menyebabkan perubahan gugus amin Contoh : Nitrous acid (HNO2)- Hydroxylating agent, bahan yang menyebabkan terjadinya mutasi transisi. Contoh : Hydroxylamine- Acridin dyes, Menginterkalasi molekul DNA, meningkatkan rigiditas dan mengubah konformasi double helix contoh :Proflavin, Acridine orange

2. Bahan fisik - radiasi sinar pengion sinar X-ray berenergi tinggi yang akan melepaskan elektron , membentuk radikal bebas dan merusak struktur kromosom. Contoh : sinar X, sinar gamma dan sinar kosmik

- Radiasi sinar non pengion Sinar berenergi rendah yang dapat menembus permukaan sel dan tidak menyebabkan ionisasi> Contoh : sinar UV menyebabkan

3. Elemen transposon

Elemen DNA element yang dapat berpindah dari satu situs dalam genom ke situs lainnya. Insersi transposon sering kali terjadi pada gen non fungsional

Mutasi disebabkan oleh faktor-faktor yang berkaitan dengan :

1. Terjadinya replikasi DNA

2. Efisiensi mekanisme repair DNA

3. Tingkat paparan bahan mutagenik dalam lingkungan

Mekanisme Mutasi :1. Tautomerisasi DNA replication process

Tautomerisasi adalah perubahan atom hidrogen sehingga menyebabkan basa purin menjadi purin lainnya atau basa purin menjadi pirimidin atau sebaliknya .

- Mutasi Transisi : perubahan purin menjadi purin lain atau basa pirimidin menjadi basa pirimidin lainnya

-Mutasi Transversi: perubahan purin menjadi pirimidin atau sebaliknya

Efek tautomerisasi terhadap nukleotida

2. Failure in DNA repair process

Terdiri dari 3 langkah :a. Enzim DNA

glycosilase mengenali basa

yang rusak dan mengeksisinya

b. DNA polymerase mengganti nucleotide

c. DNA ligase akan menggabungkannya

Mekanisme repair DNA:

Photoreactivation:

Photolyase mengenali dan mengikat dimer timin dan menggunakan energi sinar untuk memotong cross link

Beberapa contoh penyakit yang disebabkan oleh mutasi :

- “Sickle cell anemia”: substitusi nucleotida A > T yang merubah glutamin pada hemoglobin normal (Hb A) menjadi valine (defective hemoglobin (Hb S).

- “Tay-Sachs disease”: mutasi pada gen HEXA yang mengkode enzym hexosamidase A yang mengubah ganglioside GM2 menjadi GM3 Ketiadaan enzim ini menyebabkan akumulasi GM2 yang akan menghambat aktivitas sel sel saraf.

Penyakit yang disebabkan oleh gagalnya Repair DNA : • Xeroderma Pigmentosum Penderita sangat sensitif terhadap paparan sinar matahari. Disebabkan gagalnya repair DNA terhadap dimer timin • Cockayne syndrome kelainan yang disebabkan karean kegagalan eksisi nukleotida

Polymorphisme genetik Ditemukan dua atau lebih alel dalam lokus dengan frekuensi lebih dari 1 % di dalam populasi Contoh : gol darah ABO dan MN Jika alel ditemukan dengan frekuensi kurang dari 1% disebut varian jarang.Contoh : gol darah O Bombay

▪ Polymorfisme menyebabkan adanya beberapa bentuk atau variasi seperti warna mata, warna rambut dan tipe darah

▪ Walaupun banyak bentuk polimorfisme tidak mempunyai efek negatif namun pada beberapa populasi, variasi tersebut menyebabkan adanya perbedaan respon terhadap infeksi dan resiko terhadap suatu penyakit.

Beberapa bentuk Polimorfisme genetik: Single Nucleotide Polymorphism (SNP): bentuk polimorfisme DNA yang

terdiri dari variasi basa tunggal. contoh : mutasi missence yang

menyebabkan substitusi nukleotida.

2. Variable number of tandem repeats (VNTR), tipe polimorfisme yang dibentuk dari urutan beberapa nukleotida yang berulang-ulang .

3. Microsatellites (Short Tandem Repeat Polymorphism = STRP)

Lokus polimorfisme yang terdiri dari ulangan variable number of tandemly repeated dua, tiga, empat nukleotida contohnya (TG)n, (CAA)n, or (GATA)n.

Polimorfisme GenDitemukan 1 diantara 1000 bp DNA pada genom manusia lebih dari 3 juta SNPs dalam genom.

Merefleksikan bahwa terdapat perbedaan produk gene seperti struktur protein, enzyme, protein channel, receptors, dll

Manfaat polymorphism• kedokteran forensik >> karakteristik individu

• Diagnosis penyakit >> perbedaan suseptibilitas individu respon obat, infeksi,

• Mempelajari kekerabatan populasi (antar dan dalam populasi)

Mutasi genetik /Polymorfisme gen dapat dideteksi menggunakan teknik : * RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)* PCR (Polymerase Chains Reaction) – RFLP* PCR – DNA Sequencing* Southern Blot

Sequence of PCR product from sperm with low motility

Sequence of PCR product from sperm with normal motility

174

Mutation in exon 6 of VDAC3 gene in sperm with low motility

Posisition 174 : AAG

(Lysine)

Posisition 174 : GAG

(glutamic acid)

References:• Alberts et al., 2002. Molecular Biology of the Cell.

4th ed.• Karp. 2005. Cell and Molecular Biology. 4th ed.• Nussbaum et al. 2001. Thompson & Thompson

Genetic Medicine. 6th ed.• Snustad & Simmons. 2003. Principles of

Genetics . 3rd ed.