BAKTERIOFAGE DAN VIRUS

REGULASI EKSPRESI GEN PADA 

BAKTERIOFAGE DAN VIRUS 

• Fage/virus memanfaatkan perangkat sel inang untuk 

sintesis DNA/protein 

• Strategi memanfaatkan sel inang mensintesis 4 

makromolekul: 

1. RNA polimerase baru khusus mentranskripsi 

kromosom virus 

2. Subunit RNA pol baru berasosiasi dengan polimerase 

sel inang, hanya mentranskripsi kromosom virus 

3. Protein represor menghambat fungsi sel inang 

4. Protein aktivator mengatur ekspresi gen virus 

Suharsono.2005. BTK505. IPB

Regulasi pada fage T7 

2 kategori gen: 

•Gen awal (early genes): Klas 

I diekspresikan pertama 

•Gen lambat (late genes): 

Klas II dan Klas III 

diekspresikan bila produk 

gen awal tersedia 


Regulasi pada fage T7 

3 kelompok gen 

1.Produk gen awal 

menghambat sintesis RNA 

inang 

2.Produk gen metabolisme 

DNA (enzim untuk replikasi 

kromosom virus & nuklease 

untuk degradasi kromosom 

sel inang nt bebas) 

3.Produk gen akhir (mantel, 

ekor & protein pembungkus 

kromosom virus). Produk 

terakhir: lisozim lisis sel 

inang + 250 fage 


Ekspresi T7 

1.Gen-genklasI diekspresikanolehRNA polselinang 

transkrip panjang dipotong oleh RNaseIII dari sel 

inang 5 mol mRNA translasi oleh ribosom dari sel 

inang 

Produk: 

• antirestriksi (0.3) melindungi kromosom virus dari 

degradasi oleh enzim restriksi sel inang 

• protein kinase (0.7) modifikasi RNA pol sel inang, 

membatasi ekspresi gen klas I dan menjamin ekspresi 

gen klas II dan III 

• RNA polimerase T7 (1) transkripsi klas II dan III (80% 

genom virus T7) 

• Ligase (1.3) menyambung fragmen DNA 

2. Gen-gen klas II diekspresikan oleh RNA pol T7 

-replikasi DNA virus 

3. Gen-gen klas III 

-morfogenesis fage, pengemasan DNA, lisis sel inang 


Siklus fage T7 


Regulasi pada SPO1 

• SPO1: virus besar, menginfeksi Bacillus subtilis 

• 3 kelompok gen: early, middle, late 

1. Gen awal RNA pol sel inang (menghasilkan produk 

gen 28) 

2. Gen tengah RNA pol sel Inang yang mengandung 

produk gen 28 pada posisi faktor σ 

–Faktor σ mengenali –35: TTGACA dan -10: TATAAT 

pada gen awal SPO1 

–Produk gen 28 mengenali –35: AGGAGA dan -10: 

TTTTTT pada gen tengah SPO1 

–Menghasilkan produk gen 33 dan 34 

3. Gen akhir RNA pol sel inang yang mengandung 

produk gen 33 dan 34 


Regulasi pada SPO1 (lanjutan) 

Transisi ekspresi gen awal ke gen tengah dan dari gen 

tengah ke gen akhir melibatkan modifikasi RNA 

polimerase (melalui penggantian salah satu subunitnya, 

yaitu posisi faktor σ) 


Regulasi pada λ 

Setelah menginfeksi E.coli, λ menempuh: 

1.Siklus litik sel inang lisis 100 fage 

2.Siklus lisogenik kromosom fage menyisip kedalam 

kromosom E.coli 


Siklus litik atau lisogenik? 

Protein-protein regulator 

yang disandi λ 


Regulasi selama siklus litik λ 

Fase litik meliputi 3 fase: 

• Fase Immediate-early 

• Fase Delayed-early 

• Fase Late 

Fase Immediate-early 

Kromosom λ masuk, transkripsi 

oleh RNA pol sel inang. Inisiasi 

transkripsi dimulai dari P R 

(transkripsi ke kanan) gen cro 

dan P L (transkripsi ke kiri) gen 

N. Protein N diperlukan untuk 

transisi dari immediate-early ke 

delayed early (seperti produk 

gen 28 pada SPO1) 


Regulasi selama siklus litik λ 

Fase Delayed-early 

Dimulai saat protein N 

menstimulasi transkripsi gen-gen 

delayed- early, mengekspresikan 

gen cII dan cIII (relevan untuk 

siklus lisogenik), gen O, P (untuk 

replikasi kromosom λ) dan Q 

(untuk transisi dari delayed-early 

ke late, seperti produk gen 33 

dan 34 dari SPO1) 

Fase Late 

Dimulai saat protein Q 

menstimulasi transkripsi gen-gen 

late spt gen penyandi kepala, 

ekor dan faktor-faktor litik 


Transkripsi gen-gen immediate-early 

RNA polimerase sel inang: 

•Kanan: P R cro 

•Kiri: P L N 


Transkripsi delayed-early 

RNA polimerase sel inang (faktor δ diganti protein N) 

•Kanan: P R cII, O, P, Q 

•Kiri: P L CIII 


Keadaan lisogeni 

• Siklus lisogeni memerlukan: 

1. Protein represor λ menghambat ekspresi gen-gen 

untuk siklus lisis 

– Disandi oleh gen cI di bawah kontrol P RE 

(promoter for repressor establishment) 

2. Protein Int λ integrasi ke kromosom E. coli 

– Disandi oleh gen Int di bawah promoter P INT 

3. P RE dan P INT : sekuensi mirip, memerlukan protein cII 

dan cIII supaya RNA polimerase mengenalinya cII 

dan cIII diperlukan untuk siklus lisogeni 


Keadaan lisogeni 


Protein cII dan cIII 

•Protein cII protein regulator (aktivator) seperti CAP 

mengikat daerah –35 dari P RE dan P INT 

menstimulasi RNA pol menempel pada promoter 

sehingga kedua operon ditranskripsikan 

• Protein cIII menonaktifkan protease yang dapat 

mendegradasi protein cII ( menjaga stabilitas cII) 

• CII dan cIII memerlukan protein N 


Mekanisme Lisogeni 

•Represorλ mengikat operator (O L dan O R ), 

mencegah transkripsi gen-gen yang dikontrol P R dan P L 

yaitu: gen N dan cro 

• N dan CRO tidak stabil konsentrasi di dalam sel turun 

(rendah) 

•N rendah menghambat transkripsi gen-gen delayedearly 

yang tergantung N, yaitu: O, P, Q 

• Q rendah/tidak ada mencegah ekspresi gen-gen dan 

late tidak terjadi siklus lisis 

•Protein Int perantara rekombinasi situs spesifik 

antara attP dan attB sehingga kromosom λ terintegrasi 

kedalam kromosom E. coli 


Strategi λ dalam memilih siklus 

1. Menghasilkan protein-protein N dan Q, yang 

berinteraksi dengan RNA pol dan mempengaruhi 

pembacaan terminator lisis 

2. Menghasilkan protein aktivator cII yang mengikat 

daerah promoter dan memudahkan RNA pol menempel 

pada promoter lisogeni 

3. Menghasilkan represor mengikat operator 

lisogeni 


Interaksi represor-operator 

• Mutasi gen cI plak jernih (WT plak keruh: lisis & 

lisogeni) 

• Mutasi cII- dan cIII- plak jernih 

• Represor: stabil, 26 kDa, berinteraksi dengan operator 

sebagai dimer 

• Mutan operator (O L- dan O R- ) virulen (represor normal 

tapi tidak dapat mengikat operator tidak dapat 

menempuh siklus lisogeni plak jernih (~lacO c ) 


Operator 

• Operator mempunyai 3 situs penempelan (O L 1, 2, 3; 

O R 1, 2, 3) 

• Operator tumpang tindih dengan promoter 

• Setiap situs penempelan = 17 nt, dipisahkan dengan 

yang lain oleh daerah kaya AT 

• Setiap mutasi pada situs penempelan virulen 

= mutasi virulen 


Lisis-Lisogeni 

• Lisis/lisogeni ditentukan oleh 6 protein regulator yang 

berkompetisi, yaitu: N, Q, cII, cIII, cI, dan cro 

• Protein cro (control of repressor and other things) 

– paling menentukan terjadinya siklus lisis atau 

lisogeni 

– diekspresikan segera setelah infeksi λ 

– tidak memerlukan protein N 

– ada sebelum produk cI (represor), cII dan cIII ada 

di dalam sel 

– represor, dapat mengikat O R dan O L seperti represor 

cI (tapi kurang efisien dan kurang stabil) tidak 

dapat menghambat secara penuh ekspresi gen-gen 

N dan cIII (dibawah P L ) dan cro, cII, O, P, dan Q (di 

bawah P R ) 


Mekanisme Lisis-Lisogeni 

• Lisogeni memerlukan ekspresi gen cI perlu cII dan 

cIII untuk mengaktifkan P RE 

• Lisis memerlukan ekspresi seluruh gen perlu 

antiterminator N dan Q 

• Transkripsi cI lebih sensitif terhadap penurunan cII/cIII 

daripada transkripsi untuk gen-gen yang terlibat dalam 

siklus lisis terhadap penurunan N dan Q 

jika cro banyak menempel pada O R dan O L cII 

dan cIII rendah cI tidak diekspresikan ekspresi 

seluruh gen λ siklus lisis 

jika cro sedikit tidak kuat menempel pada O R dan 

O L ekspresi cII dan cIII normal cI 

diekspresikan siklus lisogeni 

– tingkat produksi cro temperatur, keadaan 

metabolit sel inang, genotipe sel inang, genotipe 

fage 


Keadaan E. coli lisogeni 

• Bakteri lisogenik untuk λ (E. coli (λ)) kebal terhadap 

superinfeksi (+λ) 

• E. coli (λ) + λ DNA λ masuk tapi tidak terjadi lisis 

pada bakteri 

• Profage mensintesis represor cI pada tingkat rendah 

menempel pada P R O R dan P L O L pada profage (menjaga 

kondisi lisogeni) dan P R O R dan P L O L pada λ yang masuk 

(mencegah replikasi dan integrasi kedalam kromosom E. 

coli krnsitusattBsudahditempati) kromosom λ 

berada di sitosol jumlahnya berkurang (hilang) bila E. 

coli mengalami pembelahan sel 


• Transkripsi represor pada tingkat rendah di E. coli (λ) 

dikontrol oleh P RM (promoter for repressor maintenance) 

yang tidak memerlukan cII dan cIII (beda dengan P RE ) 

• Transkripsi dari PRM dikontrol oleh protein cI: 

Jika represor cI rendah P RM dirangsang transkripsi 

cI 

Jika represor cI tinggi transkripsi dari P RM dihambat 

oleh represor cI ( regulasi autogenous) 


Induksi lisis dari keadaan profage 

• Lisis terjadi karena protein represor cI tidak dapat 

menghambat ekspresi operon dari profage λ 

• Kehilangan secara spontan profage λ dari kromosom 

E. coli jarang terjadi 


1. Induksi zigotik 

• Sel donor lisogenik Hfr x 

sel resipien non lisogenik 

–Jika kromosom yang 

mengandung profage 

masuk ke sel resipien 

tidak menemui protein 

represor transkripsi 

dari P R O R dan P L O L 

siklus lisis 

– Tidak terjadi lisis jika sel 

resipien adalah E. coli 

(λ) 


2. Mutasi pada cI 

• Mutan cI857 sintesis protein represor thermolabil 

(stabil pada 30 o C, tidak aktif pada 42 o C) 

• E. coli (cI857) dipanaskan E. coli lisis 


3. Perlakuan bakteri lisogenik yang dapat 

merusak DNA (dengan irradiasi UV, mitomisin, 

sinar X) 

• Mekanisme: perbaikan DNA dengan sistem SOS 

• Bila DNA rusak dan tidak dapat diperbaiki dengan 

replikasi, E. coli mensintesis protein RecA 

memudahkan sintesis enzim SOS termasuk untuk 

replikasi tanpa DNA cetakan. RecA adalah protease 

yang dapat merusak represor LexA (menekan enzim 

sistem perbaikan kesalahan), dan represor λ dalam E. 

coli (λ). 

• Jika DNA rusak sinyal untuk mensintesis protein 

RecA merusak represor λ profage terinduksi 

untuk mengalami lisis 


Regulasi SV40 

Produk gen early 

• Antigen t (15kD) 

•Antigen T (96 kD) 

Transkrip sama, beda 

splicing 

Arah transkripsi gen-gen early 

berbeda dengan gen-gen late 

Produk gen late 

• Protein kapsid (VP1, VP2, 

VP3) beda splicing 

–mRNA late splicing: 

•16S mRNA VP1 

•19S mRNA: 

•VP2 

•VP3 

Krn 2 kodon AUG 


Regulasi sintesis protein SV40 

• Infeksi (8-10 jam) gen early (gen A penyandi 

antigen T) ditranskripsikan oleh RNA pol dan 

ditranslasikan oleh ribosom sel inang 

• Mutan tsA (antigen T thermolabile) tidak dapat 

memulai replikasi kromosom virus & tidak dapat 

memulai transkripsi gen-gen late untuk protein 

kapsid virus 

Antigen T protein pengatur early yang esensial 

(~ protein N pada λ) 


Mekanisme 

Promoter early (EI dan EII) dekat 

dengan ORI dan gen early A 

Situs penempelan antigen T (I, II, 

III) bebas transkripsi oleh 

RNA pol dari EI 

Melekatnya antigen T (tetramer) 

pada situs I Inisiasi transkripsi 

dari situs EII 

Penempelan antigen T pada situs 

II transkripsi gen A berhenti 

ekspresi gen-gen late 


Regulasi SV40 

Kromosom SV40 menginfeksi sel inang: 

•RNA pol memilih promoter EI untuk memulai transkripsi 

genA sintesis antigen T 

•Akumulasi antigen T (tetramer) mengikat situs I 

inisiasi transkripsi dari EI dihambat, sehingga RNA pol 

menempel pada promoter EII untuk melakukan transkripsi 

antigen T jumlah antigen T banyak mengikat semua 

situs I, dan II transkripsi gen early berhenti, dan 

replikasi DNA SV40 dan transkripsi gen-gen late dimulai 


Kenapa terjadi early/late? 

• Promoter EI dan EII jauh lebih kuat daripada promoter 

pada gen-gen late sehingga transkripsi oleh RNA pol 

pada gen A sangat intensif produk antigen T banyak 

• Antigen T menghambat ekspresi gen-gen early, 

sehingga RNA pol memulai ekspresi gen-gen late 

Sintesis antigen T regulasi autogenous (~ represor λ 

~ trp) 

Mutan tsA antigen T thermolabile didegradasi (situs I 

dan II bebas) stimulasi 15x transkripsi gen early 

overproduksi protein mutan T

BAKTERIOFAGE DAN VIRUS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?