KONTROL GENETIK RESPON IMUN Komponen Sistem Imun Ada tiga tipe sel darah putih yang punya peran utama pada hewan vertebrata. 1. B limfosit (dikenal sel B karenadiproduksi di sumsum tulang, 2. T limfosit (dikenal sel T karena diproduksi di kelenjar timus dan, 3. Makrofag. Antibodi disintesis oleh B limfosit dan sekret ;ainnya atau bisa ikatan membran pada permukaan sel B tergantung pada kondisi. Selama respon imun humoral, antibodi terikat pada antigen bebas pada sistem sirkulatori dan menggumpalkannya. Hasilnya antibodi-antigen kompleks yang kemudian diingesti dan didegradasi oleh makrofag. Limfosit T menengahi respon sel imun. Namun, pada umunya serangan sel T pada sel adalah membawa antigen yang dibutuhkan kedua reseptor sel T spesifik dan satu atu lebih histicompatibility. Vast Repertoire of Antibodies Aspek terpenting dari respon imun, pada sedikit dari poin utama genetik, adalah macam antibodi yang dapat dilihat dan tak terhingga yang disintesis dalam reson antigen yang tidak ditemukan pada hewan pada penemuan sebelumnya. Bagaiman bisa suatu organisme menyiapkan sintesis antibodi menjadi ikatan yang sangt spesifik pada antigen utama tanpa terhubung dengan antigen? Kemudian bagaimana organismememberi informasi genetik yang cukup untuk mengkode uuntai asam amino dari beragam antibodi yang sebenarnya tak terbatas?. Hal tersebut mengubah pernyataan tentang respon imun mempunyai puzzel genetik dalam beberapa dekade. Dalam beberapa tahun terakhir, bagimanapun, peran utama dari jawaban pertanyaan tersebut menjadi jelas. Kita tidak tahu berapa banyak antibodi yang berbeda dapat diproduksi oleh tikus atau manusia, tetapi kita tahu bahwa jumlahnya sangat banyak, hampir jutaan genom. Kehadirannya paradox. Genom manusia yang lengkap ( satu dari masing-masing 23 pasang kromosom manusia) berisi sekitar 3 x 109 pasang nukleotida. Jika semua DNA terbentuk dari pengkodean untai gen yang tidak diinterupsi ari gen yang masing-masing 1000 pasang nukleotida, genom berisi maksimum tiga juta gen. Sjak kita tahu bahwa kode gen berisi intron nonkoding panjang. Hipotesis : Dasar Genetik Diversitas Antibodi Percobaan terakhir menjelaskan dasar genetik diversitas antibodi bisa menjadi kelompok kasar menjadi tiga hipotesis berbeda: 1. Hipotesis “germ line”menjelaskan bahwa ada sebuah gen germ line yang terpisah dari masingmasing antibodi. (Ini disetujui oleh pengetahuan awal tentang sintesis protein, namun kehadiran paradox tidak cukup DNA) 2. Hipotesis “mutasi somatik”menjelaskan bahwa hanya ada satu atau beberapa antibodi dan bahwa diversitas tergenerasi oleh mutasi somatik dengan frekuensi tinggi
3. hipotesis “minigene” menjelaskan bahwa diversitas tergenerasi oleh banyak segmen kecil yang acak dari beberapa en menjadi multitude dari kombinasi yang memungkinkan.
Struktur Antibodi Antibody berasal dari golongan protein yang disebut immunoglobulin. Masing-masing antibody adalah tetramer yang tersusun dari empat polipeptida, dua rantai cahaya yang identik dan dua rantai berat yang identik, diikuti oleh ikatan disulfide. Rantai cahaya mempunyai panjang 220 asam amino, dan rantai berat mempunyai panjang 440-450 asam amino. Setiap rantai, berat dan cahaya, mempunyai terminal amino sebagai variable region, dalam untai asam amino yang bermacam-macam di antara antibody yang spesifik dari antigen yang berbeda, dan terminal karboksil constant region, dalam masing-masing untai asam amino adalah sama untuk semua antibody dari immunoglobulin (Ig) yang telah diberikan, tergantung ikatan antigen spesifik. Variable region dari semua rantai antibody panjangnya sekitar 110 asam amino. Daerah protein membawa fungsi penting yang disebut domain. Masing-masing antibody mempunyai dua ikatan antigen atau domain, masing-masing yang dibentuk oleh variable region dari satu rantai cahaya dan satu rantai berat. Constant region dari interaksi dua rantai berat untuk mmbentuk donmain ketiga, yang disebut domain fungsi efektor, yang responsible terhadap interaksi utama pada antibody dengan komponen ari sistem imun. Ada lima kelas antibodi: IgM, IgD, IgG, IgE, IgA. Kelas dimana antibodi berasal dan befungsi untuk membawa, dideterminasi oleh struktur dari rantai berat constan region. Sebagai contoh, antibodi IgD biasanya menyisakan ikatan di permukaan sel yang disintesis dimana antibodi IgG biasanya mengeluarkan sekret dan siklus melewati tubuh di dalam aliran darah. Rantai cahaya dari antibodi adda dua tipe kappa dan lambda, dengan tipe yang dideterminasi
oleh struktur rantai cahaya constant region. Seprti yang kita lihat, antibodi mungkin punya ikatan antigen spesifik, seperti dideterminasi oleh variable region dari empat rantai, tetapi fungsi imunologi yang berbeda, seperti dideterminasi oleh constant region dari dua rantai berat. Kemudian , menguji struktur antibodi, kita lihat bahwa diversitasnya hampir semua dalam molekul variable region. Jika polipeptida yang disintesis dari untai kolinear nukleotida dai gen per rantai polipeptida, genom akan berisi perhiasan gen dengan untai variabel tinggi pada akhir yang satu dan untai identik esensial pada akhir yang lain. Namun, bukan ini masalahnya. Teknik DNA rekombinan membuatnya mungkin diisolasi dan untai dengan banyak segmen DNA kromosomal dari tikus dan manusia mengkode rantai antibodi. Hasilnya membuktikan sebuah elegant eexplanation untuk generasi protein dengan diversitas besar pada daerah tertentu dan tetap pada wilayah lain. Diversitas Antibodi: Genom Diatur-Ulang Selama Diferensiasi B Limfosit Informasi genetik mengkode rantai antibodi disalurkan dalam jumlah kecil dan kepingan yang diletakkan bersama-sama pada untai yang sesuai dengan genom pengatur-ulang terjadi selama perkembangan sel yang memproduksi antibodi. Masing-masing rantai antibodi yang disintesis menggunakan informasi pada beberapa gen dari segmen gen. Rantai Cahaya Kappa Sintesis rantai cahaya kappa dikontrol oleh tiga segmen gen yang berbeda 1. segmen gen Vk mengkode N-terminal 95 asam amino dari variable region 2. segmen gen Jk mengkode bagian akhir 13 asam amino dari variable region, dan 3. segmen gen Ck menkode C-terminal pada constant region. Segmen gen ke-empat, segmen Lk, mengkode N-termina untai hidrofobik 17-20panjang asam amino yang esensial untuk transport rantai antibodi melewati membran sel. Pengaturan-ulang segmen gen kappa pada sel germ line pada kromosom yang sama. Sama dengan segmen rantai kappa terletak pada kromosom yang sama. Sama dengan segmen lambda (kromosom 22 pada manusia) dan segmen gen rantai berat (kromosom 14 pada manusia). Ada banyak mungkin sekitar 300 segmen gen Vk yang masing-masing dekat dengan segmen gen Lk. Di lain pihak, hanya ada satu segmen gen Jk teerletak diantara segmen gen Vk dan segmen gen Lk. Selama perkembangan limfosit B, gen rantai cahaya kappa utama akan diekspresikan dalam sel yang teerpasang satu segmen Lk-Vk, ssatu segmen Jk, dan segmen Ck tunggal oleh proses rekombinasi somatik.. proses ini diikuti oleh 300 segmen Lk-Vk dengan limasegmen Jk, dengan ddelesi dari semua intervening DNA. Segmen gen Vk-Lk bergabung mengkode seluruh variable region dari rantai kappa. Untai nonkoding diantara segmen gen Jk dan segmengen Ck, dan Ck proksimal segmen Jk, jika banyak sisa diantara penggabungan
segmen VkJk dan segmen Ck terdiferensiasi B limfosit. Keseluruhan untai DNA (Lk-VkLknonkoding-Ck)ditranskripsi dan untai nonkoding menghilang selama memproses RNA, seperti untai nonkoding atau intron dari gen eukariotik lain.
Rantai Cahaya Lambda Rantai cahaya lambda juga dipasang dari segmen terpisah selama perkembangan limfosit B. Diferensiasi mayor merupakan masing-masing segmen gen Jλ yang datang bersama segmen gen Cλ, yaitu genom yang mengatur-ulang yang diperlukan dalam sintesis rantai lambda mengikuti Lλ-Vλ menuju segmen Jλ-Cλ. Tikus mungkin hanya mempunyai empat segmen JλCλ, sedangkan manusia mempunyai enam. Korelasi dengan fakta bahwa hanya lima persen dari antibodi tikus dari tipe lambda, sedangkan 40 persen antibodi manusia memiliki rantai cahaya lambda. Rantai Berat Pengkodean informasi genetik untuk antibodi rantai berat diorganisasikan dalam segmen gen Lh-Vh, Jh, dan Ch dianalogikan dengan rantai cahaya kappa; tetapi ada satu penambahan segmen gen, yang disebut D untuk diversitas, yang mengkode 2-13 asam aminodari variable region. Variable region dari rantai berat mengkode tiga segmen gen yang terpisah yang pasti mengikuti selama perkembangna B limfosit. Pada tikus ada total delapan segmen gen Ch, semuanya fungsional, disusun pada kromosom pada untai Chµ, Chδ, Chγ3, Chγ1, Chγ2b,Chγ2a, Chε, Chα. Chµ, Chδ, Chε, dan Chα mengkode rantai berat constant region dari IgM, IgD, IgE, dan IgA. Empat segmen gen Chγ3, Chγ1, Chγ2b, dan Chγ2a mengkode rantai berat IgG constant region. Pada manusia, ada 9 sampai 10 segmen gen Ch yang semuanya fungsional, disusun pada kromosom pada untai Chµ, Chδ, Chγ1, Chγ2, Chγ3, Chγ4, Chε1, Chε2, Chα1, dan Chα2. Gen
cluster Ch pada manusia juga berisi dua gen non fungsional, umumnya disebut pseudogen, dengan struktur yang sangat sama. Pseudogen menduplikasi secara parsial struktur yang berubah dan secara biologi aktif dan biasanya ditranskripsi. Pada germ line tikus, ada sekitar 300 segmen gen Lh-Vh, seperti segmen gen 10-50 D, segmen gen 4Jh, dan segmen gen, disusun dalam kromosom. Selama perkembangan B limfosit dari sel punca, rekombinasi somatik mengikuti satu segmen gen Lh-Vh dengan satu segmen gen Jh, menghapus dua untai DNA, membentuk satu untai DNA secara berkelanjutan (VhDJh)yang mengkode seluruh rantai berat variable region.
Class Switching Pada waktu sintesis antibodi memulai perkembangan B limfosit, semua segmen gen Ch masih ada, terpisah dari segmen gen Lh-VhDJh yang baru terbentuk dengan untai noncoding pendek. Pada tahap ini, semua antibodi disintesis rantai berat IgM. Jika antigen mengenal dan mengikat antibodi di permukaan dari perkembangan B limfosit, tetapi kalau sel distimulasi dari diferensiasi menjadi B limfosit matang. Selama diferensiasi tersebut, beberapa B limfosit akan berpindah dari produksi antibodi dari class IgM untuk produksi antibodi di class lain. Fenomena ini disebut class switcing, genom yang disusun selama segmen gen Ch tertutup yang sebelumnya mengikuti segmen gen Lh-VhDJh terhapus. Class antibodi diproduksi setelah class switching dideterminasi oleh gen yang membawa ke dekat segmen gen Lh-VhDJh. Diversitas Antibodi: Jalur Alternatif Transkrip Splicing Tipe lain class switcing selama difrensiasi B limfosit terjadi pada level proses RNA (splicing). B limfosit matang teertentu diproduksi oleh antibodi IgM dan IgD. Pada sel , transkrip
primer melewati segmen gen Chµ dan Chδ yang disintesis. Selama proses, transkrip untai VhDJh mungkin terpotong ke untai Chµ atau untai Chδ, seperti tipe pada rantai berat disisntesis pada sel yang sama. Rantai berat dari ikatan membran membentuk 21 asasm amino yang lebih panjang dari pada pembentukan sekretnya. Membran mengikat rantai berat yang mempunyai 41 asam aamino panjang untai hidrofobik pada C terminus yaitu mungkin mengikatnya pada permukaan sel. Untai coding (exon) dari segmen gen Ch diinterupsi oleh untai noncoding (intron) seperti pada banyak gen eukariotik. Segmen gen Ch berisi empat sampai enam exon dan tiga samapi lima intron. Pada antibodi ikatan membran, rantai berat constant region diproduksi oleh splicing enam exon bersamaan. Dua exon terakhir mengkode ekor hidrofobik dari ikatan membran rantau berat. Selama sintesis pembentukan ikatan membran, lima exon Ch di splice menjadi 20 kodon dari akhir empat exon. Penggunaan jalur alternatif transkripsi dan proses RNA untuk mensintesis ikatan membran dan pembentukan sekret sudah dibentuk antibodi class IgM. Petunjuk sebelumnya miri jalur alternatif transkripsi dan splising bertanggungjawab terhadap produksi ikatan membran dan dan pembentukan sekret dali kelas lain dari imunoglobulin.
