Apa yang dimaksud dengan Metilasi DNA

Metilasi DNA adalah Suatu peristiwa biokimia yang menambahkan gugus metil (-CH3) ke DNA, biasanya pada basis sitosin atau adenosin, dan dapat menjadi sinyal bagi gen atau bagian kromosom untuk mematikan ekspresi gen dan menjadi tidak aktif.

Metilasi DNA merupakan peristiwa penambahan gugus metil pada atom C nomor 5 dari cincin pirimidina sitosina atau nitrogen nomor 6 dari cincin purina adenina sebagai bagian dari molekul DNA.

Peristiwa metilasi DNA adalah bagian dari perkembangan sel dan terwariskan melalui pembelahan sel. Biasanya, gugus-gugus metil akan disingkirkan pada pembentukan zigot namun prosesnya berangsur-angsur berlangsung kembali selama tahap perkembangan. Dengan demikian tingkat kandungan metil pada DNA dapat dijadikan alat penduga “usia” suatu sel.

Modifikasi kromatin bukanlah satu-satunya proses yang menyebabkan gen tidak terekspresikan (silencing genome). Mekanisme lain yang menyebabkan silencing genomeadalah metilasi DNA. Metilasi DNA melibatkan enzim DNA metiltransferase yang bertanggung jawab menambahkan grup metil. Pada eukaryot, penambahan grup metil pada basa sitosin dalam molekul DNA kromosomal menyebabkan basa sitosin berubah menjadi 5-metilsitosin.

Pola metilasi DNA tidak terjadi secara acak, melainkan terbatas pada sitosin dalam sequence 5’-CG-3’ dan pada tumbuhan dalam sequence 5’-CNG-3’. Metilasi DNA meliputi 2 tipe aktivitas metilasi, antara lain : 1.Maintenance methylation Mekanisme ini bertanggung jawab dalam menambahkan grup metil pada untai DNA yang baru disintesis pada posisi metilasi yang berlawanan dengan untai induknya setelah DNA direplikasi. Hal ini menyebabkan semua DNA anak mempertahankan pola metilasi dari molekul induknya. 2.De novomethylation Mekanisme ini melibatkan penambahan semua grup metil pada posisi yang baru, sehingga merubah pola metilasi. Artinya, molekul DNA anak memiliki pola metilasi yang berbeda dengan molekul DNA induk.

Dnmt1 adalah DNA metiltransferase yang ditemukan pertama kali dan merupakan enzim yang berperan dalam kedua tipe aktivitas metilasi pada sel mamalia, namun kemudian ditemukan bahwa mencit memiliki gen penginaktivasi Dnmt1 yang bertanggung jawab terhadap de novomethylation. Hal ini mendorong pencarian enzim baru yang bertanggung jawab terhadap de novomethylation dan akhirnya ditemukanlah Dnmt 3a dan Dnmt 3b, sedangkan Dnmt1 bertanggung jawab utama terhadap aktivitas maintenance . Metilasi mampu menekan aktivitas gen.

Eksperimen yang dilakukan melalui gen termetilasi dan tak termetilasi yang dimasukkan ke dalam sel melalui kloning menunjukkan hasil pengukuran level ekspresi gen dimana ekspresi gen tidak terjadi jika sequence DNA dimetilasi. Selain itu, pengujian pola metilasi pada DNA kromosomal menunjukkan bahwa lokasi gen yang aktif adalah pada daerah yang tak termetilasi. Contohnya yaitu ekspresi gen manusia yang sering terjadi pada CpG island yang tak termetilasi. Pola metilasi tetap dipertahankan setelah pembelahan sel, sehingga informasi mengenai gen yang seharusnya diekspresikan diwarisi oleh sel anakannya. Metilasi DNA berperan penting dalam mempelajari penyakit pada manusia.

ICF (immunodeficiency, centromere instability and facial anomalies) adalah salah satu contoh penyakit yang disebabkan oleh mutasi gen Dnmt3b. Selain itu, hipermetilasi dapat menyebabkan perubahan pola ekspresi pada penyakit kanker tertentu. Metilasi mempengaruhi ekspresi genom melalui methyl -CpG- binding proteins(MeCps) yang merupakan komponen dan kompleks deasetilasi histon baik Sin3 maupun NuRD. Penemuan ini mendorong adanya model CpG island yang termetilasi sebagai target dalam melengkapi kompleks HDAC, sehingga dapat memodifikasi kromatin agar gen-gen yang berdekatan tak dapat diekspresikan.

Sebagian dari dinukleotida CpG yang ada di genom berada di CpG island yang merupakan daerah kaya CpG yang memiliki kepadatan rela-tif tinggi. Daerah ini terutama terletak di ujung 5’ dari sebagian besar gen manusia dan biasanya tidak termetilasi. Analisis komputasi menunjukkan bahwa setidaknya ada 29.000 CpG island pada gen manusia. Berbeda dengan CpG island, CpG siteyang terletak di luar daerah promoter berada dalam keadaan termetilasi.

Proses nonaktivasi transkripsi gen oleh metilasi DNA melalui dua jalur berbeda:

1) Methyl-CpGs menghambat faktor transkripsi secara langsung dengan cara berikatan pada rangkaian faktor transkripsi. Walaupun penga-turan dari mekanisme in vivo sangatlah jarang, beberapa faktor transkripsi seperti Ets-1 dan faktor elemen CTCF tidak mampu mengikat DNA apabila sitosin tersebut termetilasi.

2) Metilasi DNA dapat mengambil protein yang mengikat CpGs bermetilasi dan kemudian menghambat transkripsi dengan mengubah struktur kromatin.

Beberapa komponen yang terlibat dalam mekanisme epigenetik yaitu:

A) DNA Methyltransferase (DNMTs)DNMTs merupakan enzim yang berperan dalam membentuk dan mempertahankan sel dengan DNA bermetilasi dan dikenal adanya tiga katalis aktif DNMT yaitu DNMT1, DNMT3A, dan DNMT3B. DNMT1 berperan sebagai methyltransferase yang mempertah-ankan pola metilasi pada DNA sedangkan, DNMT3A dan DNMT3B berperan mengi-nisiasi metilasi de novo dengan membentuk pola metilasi. Selain DNMT1, DNMT3A, dan DNMT3B, dikenal juga DNMT2 yang fung-sinya masih belum jelas diketahui, namun kekuatannya mengikat DNA diperkirakan berperan dalam menentukan urutan spesifik gen.

B) Methyl-CpG-binding proteins (MBPs)Dari dua belas jenis MBP yang telah teriden-tifikasi, MECP2, MBD1, MBD2, dan MBD3 adalah jenis yang sering diteliti. Selain MBD3, sebelas jenis MBP ini secara selektif mengikat sisi CpG bermetilasi. MECP2 menghambat ekspresi gen dengan mengikathistone deacety-lase dan histone lysine methyltransferase. Pada sel kanker, protein MBD berhubungan dengan perubahan metilasi tumor suppres-sor gen (TSGs) dan menghubungkan antara mekanisme metilasi DNA dan gene silencing.

C) Histone modification enzymesHistone modification enzymes terdiri dari histone deacetylase (HDAC), histone acetylase(HAT), dan histone methyltransferase (HMT) yang bertanggungjawab pada modifikasi histon dan chromatin remodeling.12 Ujung amino dari histon dapat mengikat gugus asetil, fosfor, metil atau ubiquitin, dan modifikasi yang terjadi menunjukkan aktivitas gen. Asetilasi lisin histon didistribusikan oleh histon asetil-transferase yang secara umum berkaitan dengan aktivasi transkripsi. Beberapa ko-akti-vator transkripsi, seperti p300/CBP, berperan seperti histon asetiltransferase. Fungsi dari metilasi histon bergantung pada jenis residu (lisin atau arginin) dan lokasi spesifiknya, contohnya metilasi lisin nomor empat pada histon H3 berhubungan dengan transkripsi, dimana metilasi lisin nomor sembilan pada ujung histon yang sama berhubungan dengan berkurangnya transkripsi.

D) AT P-dependent remodeling complexesEnzim ini dapat mengubah struktur kroma-tin dengan mengganggu atau menggerakkan nukleosom. Hal ini meningkatkan aksesibil-itas nukleosom DNA yang sangat diperlukan dalam beberapa tahapan transkripsi.

Umumnya CpG island tidak bermetilasi pada jaringan normal kecuali pada beberapa kasus beri-kut: imprinted genes, x-chromosome genes in women, germ-line specific genes dan tissue specific genes.

a. Genomic ImprintingPenelitian perdana tentang pengidentifikasian gen imprinting adalah gen insulin-like growth factor 2 (Igf2) pada tikus, dan kemudian gen sejenis ini dapat diidentifikasi pada manusia. Berbeda dengan genom manusia yang merupa-kan pengekspresian dari alel ayah dan ibu, imprinted gen bersifat haploid dan memiliki pola yang bergantung pada alel yang pertama kali terbentuk. Mekanisme genomic imprintingsangatlah kompleks dan belum dapat dipa-hami sepenuhnya, tetapi disebutkan bahwa metilasi DNA berperan dalam mekanisme ini.

Beberapa imprinted gene berperan penting dalam mengatur pertumbuhan dan perkem-bangan serta menyeimbangkan kecepatan pertumbuhan janin. Pada tahun 1989 diperke-nalkan teori “Parent-offspring Conflict Model”, yaitu sifat dari gen ayah yang mengoptimalkan kebugaran reproduksi keturunannya dengan mempromosikan pertumbuhan mereka, dan gen ibu yang akan mendapat keuntungan dari melestarikan sumber dayanya sendiri dan mendistribusikan sumber daya ibu yang terba-tas secara setara untuk semua keturunan saat ini dan masa depan.

Hal ini ditunjukkan oleh faktor pertumbuhan spesifik janin yang diek-spresikan secara paternal, yang merangsang pertumbuhan, dan Igf2r yang diekspresikan secara maternal yang menetralkan Igf2 dengan mentransmisikannya ke dalam lisosom untuk didegradasi, sehingga menghambat pertumbuhan embrio. Beberapa penyakit genetik berkaitan dengan adanya cacat pada imprinted gen seperti Beckwith-Wiedermann, Prader-Willi dan Angelman Syndrome, dan Beckwith Wiederman Syndrome berhubungan erat dengan timbulnya tumor embrional yaitu Wilm’s tumor dan adrenokortikal karsinoma.

b. X-chromosomal InactivationMerupakan sebuah mekanisme yang menye-imbangkan ekspresi x-linked gene antara laki-laki (satu kromosom X) dan perempuan (dua kromosom X). X-chromosome inactivationbersifat monoalel, dan satu dari kromosom X pada perempuan menjadi inaktif di awal proses perkembangan akibat dari transkripsi gen XIST (X-inactive specific transcript), sebuah tran-skrip noncoding yang menginduksi perubahan kromatin8 sehingga secara sitologi kromosom ini tampak seperti Barr body pada nukleus. Mekanisme inaktivasi ini memerlukan bantuan metilasi DNA dalam hipermetilasi CpG island.

c. Tissue specific genesSejak lebih dari dua puluh lima tahun yang lalu, metilasi DNA dikenal sebagai pengatur ekspresi gen pada jaringan tubuh. SERPINB5 (maspin) adalah gen yang pertama kali diidentifikasi terkait hal ini.8 Ekspresi gen ini terbatas pada beberapa jenis sel seperti : kulit, saluran napas dan rongga mulut. Sel-sel ini membawa promoter SERPINB5 yang termetilasi dengan hipoasetilasi histon dan struktur kromatin yang sulit diakses.

d. Germ line specific genesGen ini tidak dapat diekspresikan pada jarin-gan somatik yang normal, tetapi pada berbagai jenis tumor. MAGE1 (melanoma-associated antigen) adalah gen yang pertama kali diiden-tifikasi dan kini sekitar sembilan puluh jenis gen telah diidentifikasi seperti MAGE, GAGE, PAGE, dan XAGE.8 Penelitian membuktikan bahwa pada jaringan somatik normal, gen memiliki jumlah metilasi DNA yang tinggi sedangkan ditemukan banyak DNA tidak bermetilasi pada sel kanker.
Metilasi DNA pada Perkembangan Sel Kanker

Proses metilasi DNA pada perkembangan normal akan mengalami gangguan selama proses tumorigenesis. Penyimpangan metilasi DNA ini berupa hipermetilasi DNA pada promoter (CpG island) dan hipometilasi DNA pada CpG site di luar promoter DNA. Kasus ini pertama kali dibuktikan pada tahun 1983, dengan ditemukannya CpG yang kehilangan DNA bermetilasi pada sel kanker.8Sejak saat itu, mulai dilakukan penelitian-peneli-tian yang membahas tentang hubungan metilasi DNA pada perkembangan kanker. Hipermetilasi pada CpG island mengacu pada penambahan meti-lasi DNA yang normalnya tidak termetilasi. Proses terhambatnya transkripsi oleh karena metilasi pada promoter DNA menyebabkan gen tersebut tidak terekspresi. Metilasi pada promoter tumor suppressor genes (TSGs) menyebabkan tidak terjad-inya ekspresi gen sebagai penekan pertumbuhan sel yang terlalu cepat, sehingga dapat mendukung perkembangan sel kanker.

Kanker Kolorektal

Perkembangan sel kanker melalui proses yang cukup rumit. Setiap individu mempertahankan homeostasis dalam dirinya dengan menyeimbang-kan antara jumlah sel yang berproliferasi dan sel yang mengalami kematian. Ketika proses homeo-stasis ini terganggu, baik disebabkan oleh pening-katan kecepatan proliferasi sel atau pengurangan jumlah sel yang mati, maka akan muncul neoplasma pada jaringan tersebut yang kemudian berkembang menjadi tumor. Perubahan ini terjadi akibat dari:

1) Aktivasi proto-onkogen, yang menyumbang-kan gen secara konstitutif aktif atau aktif di bawah kondisi bukan tipe gen asing,
2) inaktivasi tumor suppressor genes (TSGs), sehingga menghambat aktivitas gen,
3) aktivitas repair genes, yang menjaga perubahan genetik seminimal mungkin.

Analisis gen yang membahas penyimpangan struktural dan numerik kromosom, telah lama menyatakan bahwa kanker pada dasarnya adalah penyakit genetik. Penelitian-penelitian terakhir telah banyak membuktikan bahwa modifikasi epigenetik berperan penting dalam perkembangan sel kanker. Akumulasi dari mutasi gen dan peruba-han epigenetik dapat menginisiasi benign adenoma menjadi malignant adenocarcinoma. Perkembangan kanker kolorektal sangatlah perlahan, bahkan sampai sepuluh tahunan.

Umumnya kanker ini berawal dari polip yang muncul pada jaringan epitel kolon atau rektum, dapat bersifat jinak (contoh: hyperplastic polyp), semi-ganas (contoh: tubular adenoma), atau ganas (contoh: colorec-tal adenocarcinoma). Diperkirakan sekitar 20% pasien memiliki riwayat keluarga penderita kanker kolorektal, dan juga sindrom genetik meningkat-kan resiko terjadinya kanker kolorektal, contohnya pada Hereditary Nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC atau Lynch syndrome) sebanyak 3% serta pada Gardner syndrome dan Familial Adenomatous polyposis (FAP) sebanyak 1% pasien mender-ita kanker ini. Namun, mayoritas kasus kanker kolorektal lebih disebabkan oleh faktor lingkungan dibandingkan faktor genetik.13 Beberapa faktor lingkungan yang mempengaruhi timbulnya kanker ini adalah makanan, gaya hidup, mutagen dan juga inflamasi yang terjadi akibat dari parasit pada usus. Mekanisme patogenesis dari kanker kolorektal masih terus diteliti. Diketahui bahwa kanker ini merupakan akumulasi dari perubahan genetik dan epigenetik pada membran mukosa usus normal yang membentuk polip adenomatosa menjadi adenokarsinoma.

14Modifikasi epigenetik sangat berperan dalam patogenesis kanker kolorektal. Peran epigene-tik pada epigenome sel kanker kolorektal yaitu modifikasi post translasi histon, asetilasi histon primer dan metilasi yang mengatur ekspresi dari onkogen dan tumor suppressor genes (TSGs). Dari mekanisme epigenetik yang ada, antara lain: nucleosomal occupancy dan remodeling chromatin looping serta noncoding RNA, metilasi DNA pada sitosin di dinukleotida CpG dan modifikasi post-translasi protein histon yang membentuk DNA menjadi kromatin merupakan mekanisme yang berperan penting dalam proses perkembangan kanker kolorektal.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *