RESUME 8 KONTROL GENETIK GENETI K PADA SISTEM IMUN A. GAMBAR GAMBARAN AN UMUM UMUM RESP RESPON ON IMUN IMUN
Respon imun dipicu dipicu oleh masuknya substansi substansi asing atau antigen antigen (seperti selubung selubung protein protein virus) ke dalam aliran darah. Protein yang dihasilkan oleh respon imun yaitu antibodi yang meng me ngik ikat at anti antige gen n secar secaraa spesi spesifi fik. k. Anti Antibo bodi di terse tersebu butt diko dikode de oleh oleh sekue sekuen n DNA DNA selam selamaa diferensiasi sel penghasil antibodi melalui peristiwa penyusunan kembali kumpulan genom baru. erdapat tiga tipe tipe sel darah putih yang berperan pentting dalam dalam respon imun di vertebrata! vertebrata! yaitu" (#) limfosit-B (disebut sel$sel % karena mereka dihasilkan dalam sum$sum tulang)& (') limfosit-T (disebu (disebutt sel$sel sel$sel karena karena mereka mereka dihasi dihasilka lkan n dalam dalam kelen kelenar ar tiymus tiymus)& )& dan () makrofag .
*kema respon imun dapat dilihat pada +ambar #
imf imfosi ositt % dapat dapat me mensi nsint ntesi esiss anti antibo bodi di yang yang teta tetap p me mele leka katt pada membran sel limfosit % atau pada kondis disi terte rtentu dise disekr kres esik ikan an ke cai cairan ran sel. sel. *elama *elama respon respon imun imun humoral humoral!! antibodi antibodi yang disekresikan akan mengi me ngika katt antig antigen en beba bebass yang yang ada siste stem sirk sirku ulasi dan dan menggumpalkan antigen tersebu tersebutt sehingga sehingga mem memben bentuk tuk kompleks antibodi$antigen yang kemudian kemudian akan didegradasi oleh makrofag. *istem imun humoral dicairan tubuh +ambar #. *kema -ertebrata B. PEMB PEMBEN ENTU TUKA KAN N ANTI ANTIBO BODI DI
im imfo fosi sitt mem empe pera rant ntar arai ai respon imun seluler dengan cara mensi me nsint ntesi esiss resep resepto torr anti antige gen n yang yang me menge ngena nali li antig antigen en pada pada permukaan sel dan memicu sel yang mengandu ndung anti ntigen gen terse tersebut but untu untuk k lisi lisis. s. erdap erdapat at dua enis limfosit yang berbeda untuk menalankan proses tersebut *eca *ecara ra umum umum!! serang serangan an sel sel terha terhada dap p sel yang yang me memb mbawa awa antige antigen n sembut sembutuhk uhkan an resepto reseptor r sel spesifik dan satu reseptor antigen histocompability! histocompability! Respon ,mun pada
Apabila dilihat dari sudut pandang genetika! hal yang paling mencolok dari respon imun yaitu antibodi yang sangat beranekaragam dan dapat disintesis untuk merespon antigen yang sebelumnya belum pernah ditemui. /ita ketahui virus salah satu bentuk antigen yang dapat menyerang sistem imun tubuh. -irus tersebut sangat lah bermacam$macam sehingg membutuhkan antibodi yang bermacam$ macam . Apabila dikai dengan seksama! genom lengkap manusia mengandung 0 #1 2 nukleotida. 3ika semua DNA tersebut dalam bentuk sekuens tanpa intron dengan #111 basa nukleotida! maka genom akan mengandung maksimum uta gen. /ita ketahui bahwa gen tersebut digunakan untuk mengkode berbagai macam molekul RNA! en4im! protein struktural dan gen tersebut uga mengandung intron yang cukup panang sehingga genom tidak akan cukup menghasilkan antibodi yang bermacam$macam hingga utaan. erdapat tiga hipotesis untuk menawab hal tersebut yaitu sebagai berikut" a. 5ipotesis 6 germ line7 yang menyatakan bahwa ada pemisahan gen dari germ line untuk masing-masing antibodi. *etiap antibodi mempunyai germ line sendiri$sendiri. b. 5ipotesis 6 somatic mutation7 yang menyatakan bahwa hanya ada satu atau sedikit gen germ
line yang scara
spesifik mengkode masing$masing kelas antibodi dan
keanekaragaman antibodi diakibatkan oleh frekuensi mutasi somatik yang tinggi. 8utasi
teradi di dalam produksi antibodi sel somatik atau keturunan sel produksi antibodi. 9rekuensi mutasi yang tinggi hanya teradi di gen tertentu dan di dalam gen sel tertentu. c. 5ipotesis 6minigene7 yang menyatakan bahwa keanekaragaman diakibatkan oleh banyak segmen-segmen kecil dan beberapa gen yang mampu melakukan rekombinasi sehingga menghasilkan kemungkinan kombinasi yang sangat banyak.
/etiga hipotesis tersebut terbukti benar pada kondisi atau kasus tertentu Antibodi termasuk dalam kelas protein yang disebut immunoglobulin. *truktur antibodi merupakan tetramer yang tersusun dari empat rantai polieptida! dua rantai ringan (light chain) dan dua rantai berat (heavy chain ) yang identik satu sama lain dan disatukan oleh
ikatan$ikatan disulfida (+ambar 'a). Rantai ringan memiliki ''1 asam amino sedangkan rantai berat memiliki ::; asam amino. 8asing$masing antibodi memiliki daerah variabel dan daerah konstan. Daerah variabel
tersusun atas asam amino yang berbeda pada setiap
antibodi. *ementara itu pada daerah konstan! selama masih dalam satu kelas yang sama!
asam amino nya uga sama. Daerah protein yang membawa fungsi khusus disebut domain. 8asing masing antibodi memiliki dua sisi pengikatan antigen atau domain! masing$masing membentuk daerah variabel dimana terdiri dari # rantai ringan dan satu rantai berat (+ambar 'b). Daerah konstan
berisi dua rantai berat yang berinteraksi untuk membentuk domain ketiga disebut efektor function domain! yang bertanggung awab untuk berinteraksi dengan komponen lain sistem
imun. +ambar
'.
a.
*truktur
Antibodi& b. fungsional domain pada struktur antibodi
erdapat lima kelas dari antibodi yaitu ,g8! ,gD! ,g+! ,g< dan ,gA. Penentuan kelas dan fungsi antibodi tersebut ditentukan oleh struktur daerah konstan pada rantai beratnya. =ontohnya yaitu fungsi domain efektor yang dapat menyebabkan ,gD tetap berada dipermukaan sel yang mensintesis antibodi tersebut namun ,g+
yang biasanya di
sekresikan dan disirkulasikan ke aliran darah. Rantai ringan antibodi ada dua tipe berdasarkan daerah konstan nya yaitu kappa dan lambda yang ditentukan oleh struktur daerah konstan rantai ringan. 5anya ada salah satu
tipe rantai ringan! kappa saa atau lambda KEBERANEKARAGAMAN ANTIBODI: PENATAAN ULANG GENOM SELAMA DIFERENSIASI LIMFOSIT B
*atu sel % bisa menghasilkan lebih dari satu sel %. Antibodi dari satu sel % berbeda
dengan sel % lainnya tetapi selama berasal dari sel yang sama! antibodi nya sama. Rantai ringan dan rantai berat antibodi dikodekan oleh lokus yang berbeda pada genom. Dua tipe rantai ringan kappa berada di lokus pada kromosom '! sedangkan lambda di lokus kromosom '' dan satu lokus rantai berat terletak pada kromosom #:
Sintesis rantai ringan kappa
Dikontrol oleh segmen gen yaitu yaitu (#) segmen gen - k (-ariable kappa) yang mengkode N$terminl 2; asam amino dari daerah variabel& (') segmen gen 3k (oining kappa) mengkode # asam amino daerah variabel
menghubungkan
k-k dan =k& dan ()
segmen gen =k ! mengkode =$terminal daerah konstan. Antara segmen k-k dan 3k
dipisahkan oleh sekuens noncoding begitu pula antara 3k dan =k . Ada segmen lain yaitu k (leader kappa) yang menghasilkan polipeptida leader dengan fungsi mengarahkan antibodi ke membrane sel. *etelah sampai membrane sel!
polipeptida leader dipotong dan tidak menadi bagian struktural dari antibodi *egmen gen kecil$kecil. -k selalu berpasangan dengan k. *ementara itu! 3k selalu
berpasangan dengan =k. *egmen gen -k ada banyak. *ekitar 11 segmen>di snustad hanya :1! ; 3k dan # =k. *aat sel limfosit % matang! DNA hanya membawa # -k! 3k dan =k dengan pemilihan yang bebas?kombinasi. *etiap antibodi memiliki genom arrangement yang berbeda! antibodi yang dihasilkan atau kappa light chain nya bervariasi. 8ekanisme detail terkait rekombinasi segmen gen pengkode rantai ringan kappa dapat dilihat pada +ambar
+ambar . /ontrol +enetik Rantai Ringan /appa Sintesis Rantai Ringan Lamba
+en rantai ringan lambda uga dirakit dari segmen yang berbeda selama perkembangan limfosit %. Perbedaan dengan rantai ringan kappa yaitu 3lambda mempunyai =lambda sendiri
sendiri. =ontoh" 3l#$=l# Penyusunan genom pada rantai lambda yaitu menghubungkan segmen lambda$-lambda
dengan segmen 3lambda$=lamdbda. ikus hanya mempunyai : 3lambda$=lamdbda (; @ antibodi tikus merupakan rantai ringan tipe lambda) sedangkan manusia 3lambda$=lamdbda (:1@ dari antibodi manusia mempunyai rantai ringan lambda)
Sintesis Rantai Berat
Pengkode informasi genetik rantai berat antibodi diatur oleh segmen gen 5$-5! 35! dan =5 yang analog pada rantai ringan kappa! tetapi terdapat satu segmen gen tambahan diantara -5 dan 35 yaitu D untuk Diversity (keanekargaman menghasilkan kombinasi yang lebih tinggi daripada rantai ringan) yang mengkode '$# asam amino yang berada di daerah
variabel. *aat sintesis antibodi dimulai dalam perkembangan sel limfosit %! semua segmen gen tersebut tetap ada. /emudian selanutnya akan diproses melalui mekanisme class switching sehingga menghasilkan antibodi dengan kelas tersendiri. 8ekanisme class switching dapat dilihat pada +ambar :.
Gambar 4. Kontrol Genek Rantai Berat
8ekanisme class switching dipengaruhi oleh segmen yang paling dekat dengan segmen 3 untuk menentukan kelas antibodi
KEANEKARAGAMAN ANTIBODI: !ALUR ATERNATIF SPLI"ING TRANSKRIP
Antibodi sel % bisa tetap di membrane dan terlepas dari membrane dipengaruhi oleh alternative splicing . =ontoh mekanisme alternative splicing dapat dilihat pada +ambar ;
dan +ambar
DNA dengan segmen gen VkJk (VlJl dan VhDhJh yang utuh
ranskri! !rimer dengan "hmiu dan "h#
Ada dua kemungkinan yaitu "hmiu di delete sehingga men%adi &gD rantai berat atau "h# didelete sehingga men%adi &g' Gambar $.
8ekanisme pembentukan rantai berat antibodi pada ,g8 dan ,gD dalam limfosit$% yang sama sebagai hasil alternate mode of splicing hasil transkripsi rantai berat.
Gambar . /ontrol
genetik bentuk ,g8 yang terikat membran dan bentuk sekresi. 5anya gen rantai berat dan produknya yang diperlihatkan karena kedua bentuk mempunyai rantai ringan yang identik. Polipeptida ;$ polipeptida hidrofobik yang dapat menadi anchor?mengganal antibodi pada membrane sel
SEKUEN SIN#AL #ANG MENGATUR PEN#USUNAN ULANG GENOM
Pada penyusunan genom rantai ringan - selalu dengan 3! 3$= sementara pada rantai berat -$D! D$3! 3$=. Penyusunan tersebut diatur oleh sekuen sinyal yang mencegah agar tidak teradi kesalahan pemasangan. *ekuen sinyal tersebut dapat dilihat pada +ambar B.
)ekuen sinyal setelah segmen Vk dan Jk yang terdiri atas he!tamer (* nukleoda+ atau nonamer (, nukleoda+ yang di!isahkan oleh s!a-er yang da!at terdiri atas / nukleoda atau // nukloda. Dengan demikian0 s!a-er tersebut yang akan mengatur agar segmen dak salah ber!asangan
+ambar B. *ekuen sinyal dan perannya dalam penggabungan - K 3 K . (a dan c ) menunukkan penyusunan kembali germ line dan DNA limfosit %. Pada (b) menunukkan struktur intermediet hypothetical 6stem$loop7
KEANEKARAGAMAN ANTIBODI: TEMPAT PENEMPELAN #ANG BER$ARIASI DAN MUTASI SOMATIK
empat penempelan - dan 3 bervariasi sehingga menyebabkan asam amino bervariasi dan antibodi nya pun bervariasi karena perbedaan set penempelan. 8ekanisme terkait tempat penempelan yang bervariasi dapat dilihat pada +ambar 2.
Vk Jk berdekatan
)ea! !erbedaan site0 kodon berbeda0 asam amino berbeda0 sehingga didaerah %oining0 1ariasi nya banyak
+ambar 2. 8ekanisme Diversitas pada Daerah 3oining
-k3k
erdapat mekanisme lain yang menyebabkan keanekaragaman antibodi selain dengan adanya penggabungan kelompok besar segmen gen -! D dan 3 serta pergantian posisi rekombinasi selama reaksi penggabungan. 8ekanisme tersebut berkaitan dengan peristiwa mutasi yang teradi di segmen yang auh dari daerah penggabungan. 8utasi tersebut teradi di limfosit yang merupakan sel somatic dengan lau mutasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan
sel
lainnya
peristiwa
mutasi
yang
ikut
bertanggungawab
terhadap
keberanekaragaman antibodi yang launya lebih tinggi dari lau mutasi gen lain disebut
dengan hipermutasi somatic. 5al tersebut dapat diketahui dengan membandingkan (#) sekuen pasangan nukleotida yang diekspresikan dengan sekuen segmen gen dari germ line! (') sekuen asam amino sesungguhnya dari rantai antibodi dengan sekuen yang diprediksikan dari sekuen nukleotida gen tersebut. 8isalnya adalah sekuen asam amino yang terbentuk dari rantai C # berbeda dengan sekuen asam amino yang telah diprediksikan (yaitu berdasarkan sekuen pasangan nukleotida dari segmen gen C #) dari rantai ringan C! perbedaan tersebut dapat ditemukan pada daerah variabel (variable region) yang auh dari daerah penggabungan (junction sites). *edangkan! berdasarkan penelitian lainnya terdapat di daerah variable rantai ringan. Perubahan tersebut kemungkinan dihasilkan oleh adanya substitusi pada satu pasang nukleotida. *ubstitusi tersebut teradi #$'@ dari pasangan basa dari segmen gen yang mengkode variable region dari antibodi. *ubtitusi pasangan basa tersebut diduga teradi melalui beberapa mekanisme mutasi somatis yang terbatas pada sekeuen DNA yang mengkode variable region dari rantai antibodi. /arena adanya perubahan pada segmen variable dari gen antibodi maka teradi dengan frekuensi yang tinggi! dan proses tersebut disebut dengan somatic hypermutation.
Manfaat adanya Somatic hypermutation dari gen antibodi yang mengkode daerah pengikatan
antigen yaitu tubuh dapat menyiapkan pertahanan terhadap perlawanan perubahan komposisi antigen virus dan komponen lingkungan lainnya (yang sangat cepat berevolusi) serta dapat dengan cepat membentuk antibodi yang spesifik terhadap antigen
BERAPA BAN#AK KOMBINASI%
*alah satu contoh yang menunukkan bahwa sebagian besar keanakaragaman dapat dihasilkan dengan adanya penggabungan segmen gen antibodi yaitu misalnya! umlah rantai ringan kappa yang mungkin berbeda pada manusia" 11 segmen gen - / 0 ; segmen 3/ E
#;11 fusi gen -/ 3/ . Daerah variabel rantai berat menyediakan keragaman yang lebih besar karena segmen gen D berlipat. 3ika ada 11 segmen gen -5! '; segmen gen D! dan segmen gen 35 pada germ line manusia! maka terdapat :;.111 variable region pada rantai berat bisa dirakit. %erdasarkan hasil prediksi! sebanyak F.;11.111 sisi pengikatan antigen berbeda yang bisa diproduksi dengan hanya menggunakan rantai ringan /appa. dari arrangement genom. etapi masih banyak mekanisme lain
mutasi!
hanya
tempat pelekatan
yang bervariasi. Dengan demikian umlah kombinasi yang dihasilkan sangatlah banyak REGULASI TRANSKRIPSI: en&an'er (ang s)esi*i+ ter&aa) ,aringan tertent
dari gen yang akan diekspresikan /etika sel % belum dewasa! sudah mempunyai DNA dengan segmen -/ 3/ =/ dengan
umlah banyak dan letaknya berauhan! tetapi belum teradi transkripsi. transkripsi baru teradi ketika sel % sudah dewasa. 5al ini dikarenakan adanya enhancer . "nt& a)at i/i&at )aa Gambar 01 2ada a3alnya0 enhan-er didaerah antara Jk dan "k0 !romotor di daerah setelah k. 2osisi enha-er dan !romotor sangat %auh sehingga enhan-er dak da!at mengak1asi !romotor transkri!si dak ter%adi Adanya !roses genome rearrangement0 enhan-er5!romotor berdekatan ter%adi transkri!si
+ambar #1. Peristiwa aktivasi gen heavy light chain 5$-5. Posisi enhancer pada DNA germ line (atas) dan sesudah rearrangement (bawah)
Peristiwa penyusunan kembali akan memidahkan promotor dari sekuen gen 5$-5 mendekati promotor hal ini dikarenakan enhancer tidak dapat mengaktifkan transkripsi bila berada berauhan dari promotor! dicontohkan pada arak lebih dari #11.111 pasang nukleotida.
yang hanya diproduksi oleh sel limfosit. 8ekanisme yang sama uga teradi pada aktivasi cluster gen light chain K gen dan ! K . SELEKSI KLONAL
eori seleksi klonal menelaskan bahwa pengikatan antigen asing pada permukaan limfosit akan merangsang pembelahan sel dan menghasilkan seumlah besar limfosit %! misalnya limfosit %0 yang identik dan dalam umlah banyak akan mengenali antigen asing. 8ekanisme seleksi klonal dapat dilihat pada +ambar ##.
)emua sel B anbodi nya beda5beda Keka angen masuk0 angen akan berlekatan dengan anbodi yang sesuai kemudian menginduksi sel B membelah se-ara -e!at sel B bentuk A akan meledak !o!ulasinya
EKSKLUSI 2)emb-angan A/e/3
*eluruh sel % hanya mempunyai satu tipe antibodi. *el % merupakan sel yang ada pada organisme eukariot. Diketahui bahwa sel eukariot merupakan sel diploid. *el diploid memiliki gen sepasang yang dapat melakukan genome rearrangement. Asumsi peneliti terkait dihasilkannya satu tipe antibodi oleh satu sel % yaitu ketika salah satu pasangan sel diploid telah melakukan genome rearrangement dan menghasilkan antibodi! satu pasangan alel tersebut akan menghambat ekspresi alel lainnya. fenomena tersebut dikenal dengan allelic e"clusion atau pembuangan alel karena ada salah satu alel yang tidak diekspresikan.
$ARIABILITAS RESEPTOR SEL T
*el merupakan komponen respon imun selular yang bertugas mengenali antigen pada permukaan sel dan membunuh sel yang membawa antigen. Gleh karena itu respon sel menunukkan tingkat spesifisitas yang tinggi. *el menghasilkan reseptor yang berikatan dengan membran! mirip dengan antibodi yang dihasilkan oleh limfosit %.
*el mengenali antigen di atas permukaan sel maupun protein lain pada permukaan sel. Protein tersebut adalah hasil dari major histocompability comple". Reseptor sel tersusun dari dua rantai polipeptida H$ dan I$ yang mirip dengan rantai antibodi masing$masing ditunukkan oleh bagian gen $-! D$3! dan =. Polipetida H dan I seperti rantai rantai antibodi berisi variabel daerah yang berasal dari antigen tempat pengikatan dan tempat yang konstan berbentuk angkar sebagai reseptor dari permukaan sel.
+ambar #'. +ambar (a) struktur dari reseptor sel yang merusak membran sel (b) daerah reseptor protein dari H dan I yang menyandikan gen segmen $-! D!3 ! berturut$turut.
+en reseptor sel digabungkan oleh penyambungan genom yang teradi selama perubahan llimfosit saat pembentukan antibodi dalam limfosit %. *eperti rantai antibodi! polipeptida H dan I uga mengandung variable region yang membentuk tempat pengikatan antigen dan constant region yang melekatkan reseptor pada permukaan sel. #ariable region pada reseptor sel
dikode oleh banyak segmen gen $-! D! 3& sedangkan constan region dikode oleh sedikit segmen gen =. +en$gen reseptor sel dirakit oleh penyusunan kembali genom yang teradi selama diferensiasi limfosit dari stem cell seperti gen$gen antibodi dalam perkembangan limfosit %.
*el sebelum bekera membunuh antigen dan tidak melakukan kera seperti antibodi! sel mempunyai dua reseptor& # untuk antigen dan # reseptor yang secara alami ada di sel dihasilkan oleh protein 85=. KOMPLEKS 4ISTO"OMPATIBILIT# MA!OR 2MA!OR 4ISTO"OMPATIBILIT# "OMPLE5 M4" adalah ikatan kompleks multigen berupa antigen transplantasi yang bertanggungawab
atas penolakan terhadap aringan asing dalam operasi transplantasi. Pada manusia! protein$protein 85= disandikan oleh locus 5A ( $uman %eukocyte &ntigen comple") di kromosom ke & pada tikus! locus 85= dilambangkan dengan 5$'
( $istocompatibiliey locus ') dan berada pada kromosom #F. +en ini memiliki allel khusus dalam umlah banyak sehingga kemungkinan dua individu memiliki 85= yang identik akan sangat kecil. +en 85= bersifat sangat polimorfik karena ada seumlah besar allel dari gen
tersendiri yang biasanya mengalami segregasi pada populasi tertentu. +en 85= mengkode tiga kelas protein berbeda yang terlibat dalam aspek respon imun yang berbeda! yaitu"
#. +en kelas , mengkode antigen transplantasi %entuk protein 85= yaitu glikoprotein
integral dengan determinan antigenik yang
terletak di luar sel dan bertugas mengkode antigen transplantasi. Antigen berperan pada pengenalan dan penghancuran sel yang membawa antigen. +en 85= kelas , ini memiliki tanggungawab dalam penolakan aringan asing dalam proses transplantasi aringan. *ebuah sel reseptor diyakini dapat mengenali antigen asing sekaligus antigen histokompatibilitas kelas , pada saat respon imun. '. +en kelas ,, mengkode polipeptida yang terutama terletak dipermukaan limfosit % dan makrofag. +en 85= kelas ,, mengkode polipeptida yang berada di permukaan limfosit % dan makrofag. +en ini menghasilkan limfosit khusus yang disebut sel pembantu ($ helper ) yang mampu mengenali diri sendiri dan mampu memfasilitasi komunikasi antara berbagai tipe sel yang terlibat pada respon imun. . +en kelas ,,, mengkode protein komplemen yang berinteraksi dengan ikatan kompleks antibodi$antigen dan merangsang sel untuk lisis.
Antigen 85= kelas , dan ,, terikat pada membran sel dan memiliki struktur yang sangat mirip dengan struktur sel reseptor. Namun keragaman antigen 85= auh lebih rendah dari pada keragaman antibodi dan sel reseptor! dan antigen 85= tidak mengalami proses penyusunan ulang. /eragaman pada 85= diakibatkan oleh hadirnya seumlah besar gen$gen 85= yang bersifat sangat polimorfik.
+ambar #. *usunan major histokompatibel comple" (5A) pada kromosom manusia. okasi pada peta lokus dengan gen kompleks yang sangat besar diitunukkan pada bagian atas. Penataan pada lokus masih samar. *emua 5A kompleks lebih dari ' 0 #1 pasang nukleotida. *etiap lokus dengan 5A comple0 memiliki kompleks lokus dengan gen dan pseudogen masing
