kontrol genetik pada respon imun

KONTROL  GENETIK PADA RESPON IMUN

Komponen Sistem Kekebalan Tubuh

Ada tiga macam sel darah putih yang memiliki peran utama dalam respon imun pada vertebrata, yaitu:

1.    Limfosit B (sering disebut sel B karena diproduksi di sumsum tulang)

2.    Limfosit T (disebut sel T karena diproduksi di kelenjar timus)

3.    Makrofag

Antibodi disintesis oleh limfosit B dengan cara disekresikan atau tetap terikat pada permukaan membran sel B. Selama proses respon imun, antibodi berikatan dengan antigen bebas dalam sistem peredaran darah dan menggumpalkannya. Kompleks antigen-antibodi yang telah dihasilkan kemudian dicerna dan diuraikan oleh makrofag. Sel T mensintesis reseptor antigen yang dapat mengenali antigen pada permukaan sel dan memicu lisis dari sel antigen. Jenis Limfosit T yang berbeda melakukan fungsi ini dengan cara yang berbeda pula.

Hipotesis: Dasar Genetik dari Keanekaragaman Antibodi

1.      Hipotesis "germ line" menyatakan bahwa ada gen “germ line” yang terpisah untuk setiap antibodi.

2.      Hipotesis "mutasi somatik" menyatakan bahwa hanya ada satu atau beberapa gen germ line untuk setiap kelompok antibodi dan keragaman yang dihasilkan oleh tingginya frekuensi mutasi somatik

3.      Hipotesis "minigene" menyatakan bahwa keragaman dihasilkan oleh pengacakan segmen kecil dari beberapa gen menjadi banyak kemungkinan kombinasi.

Struktur Antibodi

Antibodi termasuk kelas protein yang disebut immunoglobulin. Setiap antibodi adalah tetramer terdiri dari empat polipeptida dengan dua rantai ringan identik dan dua rantai berat identik, kemudian digabungkan dengan ikatan disulfida. Rantai ringan panjangnya sekitar 220 asam amino sedangkan rantai berat sekitar 440-450 asam amino. Ujung dari setiap rantai memiliki asam amino bervariasi. Adanya asam amino yang bervariasi tersebut antara antibodi spesifik untuk antigen yang berbeda, dan daerah konstan karboksil-terminal memiliki urutan asam amino adalah sama untuk semua antibodi dari kelas imunoglobulin (Ig) meskipun antigen pengikatnya spesifik. Panjang dari daerah variasi dari semua grup antibodi sekitar 110 asam amino.

Ada daerah protein yang menjalankan fungsi tertentu disebut domain. Setiap antibodi memiliki dua domain, yang masing-masing domain dibentuk oleh daerah variasi dari  satu rantai ringan dan rantai berat. Selain itu, ada daerah konstan dari dua rantai berat yang saling berinteraksi membentuk domain ketiga, yang disebut effector function domain. Effector function domain tersebut bertanggung jawab untuk interaksi antara antibodi dengan komponen sistem imun lainnya secara tepat.

Terdapat lima kelas antibodi, yaitu: IgM, IgD, IgG, IgE, dan IgA. Penggolongan kelas tersebut berdasarkan struktur rantai berat pada daerah konstan. Misalnya, antibodi IgD biasanya masih terikat pada permukaan sel  di mana IgD tersebut disintesis, sedangkan antibodi IgG biasanya disekresikan dan beredar ke seluruh tubuh melalui aliran darah. Rantai ringan antibodi ada dua tipe yaitu kappa dan lambda, dimana tipe tersebut digolongkan berdasarkan struktur. Saat kita mengamati struktur antibodi, kita dapat melihat bahwa keragaman itu hampir seluruhnya berada dalam daerah variasi.

Keragaman Antibodi:Penataan ulang Genom Selama Diferensiasi Limfosit B

Pengkodean informasi genetik untuk rantai antibodi disimpan dalam potongan-potongan, dan potongan tersebut diletakkan bersama-sama dalam urutan yang tepat saat penataan ulang genom yang terjadi selama perkembangan sel yang memproduksi antibodi (limfosit B) pada tubuh. Setiap Limfosit B hanya memproduksi satu jenis antibodi. Maka semua antibodi yang diproduksi Limfosit B memiliki sama spesifikasi pengikat antigen yang sama.

Setiap rantai antibodi disintesis menggunakan informasi yang disimpan dalam beberapa gen yang berbeda dari segmen gen. Perlu diperhatikan bahwa konsep klasik satu gen-satu polipeptida tidak cukup kuat untuk menjelaskan hubungan gen-antibodi.

Rantai Ringan Kappa

Sintesis rantai ringan kappa dikendalikan oleh tiga segmen gen yang berbeda, yaitu:

1.      Segmen gen V_k, untuk mengkode N-terminal 95 asam amino dari wilayah variasi.

2.      Segmen gen J_k (J menunjukkan bergabung), untuk  mengkode 13 asam amino yang terakhir (konstan wilayah-proksimal) dari wilayah variasi.

3.      Segmen gen C_k, untuk mengkode wilayah konstan C-terminal.

Segmen gen keempat yaitu segmen L_k,untuk mengkode sekuen kepala  hidrofobik N-terminal dengan panjang 17-20 asam amino, yang mana hal itu sangat penting untuk pengangkutan rantai antibodi melalui membran sel. Sekuen kepala tersebut memisah rantai saat melewati membran, sehingga bukan merupakan bagian dari antibodi.

Pada tikus dan manusia, semua segmen gen rantai kappa terletak pada kromosom yang sama (kromosom 2 pada manusia). Hal yang sama berlaku untuk segmen gen lambda (kromosom 22 pada manusia) dan segmen gen rantai berat (kromosom 14 pada manusia). Ada sekitar 300 segmen gen V_k yang masing-masing berdekatan dengan segmen gen L_k. Pendapat lain mengatakan hanya ada satu segmen gen C_k. Dan ada lima segmen gen J_k (salah satunya tidak berfungsi pada tikus) terletak antara segmen gen V_k dan segmen gen C_k.

Dalam sel germ line, lima segmen gen J_k dipisahkan dari segmen gen V_k oleh sekuen noncoding yang panjang dan dipisahkan dari segmen C_k oleh sekitar 2000 pasang nukleotida. Selama perkembangan Limfosit B, gen rantai ringan kappa tertentu yang akan disajikan dalam sel  dirakit dari satu segmen L_k-V_k, satu segmen J_k, dan satu segmen tunggal C_k melalui proses rekombinasi somatik.

Rantai Ringan Lambda

Gen rantai ringan lambda dirakit dari segmen terpisah selama perkembangan limfosit B. Perbedaan utamanya adalah setiap segmen gen J_λ hadir dengan segmen gen C_λ. Penyusunan ulang genom yang diperlukan untuk sintesis rantai lambda menggabungkan segmen L_λ-V_λ ke segmen J_λ-C_λ. Tikus hanya memiliki empat segmen gen Jlambda-Clambda, sedangkan manusia memiliki enam. Hal ini sesuai dengan fakta bahwa hanya 5 persen dari antibodi tikus adalah jenis lambda, sedangkan 40 persen dari antibodi manusia memiliki rantai ringan lambda.

Rantai Berat

Pengkodean informasi genetik untuk rantai berat antibodi diatur dalam L_H - V_H, J_H, dan C_H yang serupa dengan rantai ringan kappa. Tetapi ada satu segmen gen tambahan, yang disebut D (keragaman), yang mengkode  2-13 asam amino pada wilayah variasi. Jumlah segmen gen C_H yang fungsional pada setiap makhluk hidup berbeda-beda. Pada tikus ada 8 segmen gen C_H yang fungsional sedangkan pada manusia ada 9 atau 10 segmen. Kelompok gen C_H pada manusia mengandung dua gen nonfungsional yang disebut pseudogen dengan struktur yang sangat mirip.

Peralihan Kelas

Pada saat sintesis antibodi dimulai dari limfosit B yang berkembang, semua segmen gen C_H masih ada, terpisah dari segmen gen L_H-V_H DJ_H yang baru dibentuk. Pada tahap ini, semua antibodi IgM yang telah  disintesis memiliki rantai berat. Jika antigen dideteksi dan terikat ke antibodi pada permukaan limfosit B yang berkembang sel tersebut dirangsang untuk berdiferensiasi menjadi limfosit B yang matang. Selama diferensiasi ini, beberapa Limfosit B akan beralih dari memproduksi antibodi kelas IgM menjadi memproduksi antibodi dari kelas lain. Kejadian inilah yang disebut beralih kelas.

Keanekaragaman Antibodi: Alternatif  Untuk Persiapan Penyambungan pada Transkripsi

Tipe lain dari peralihan kelas selama diferensiasi Limfosit B terjadi pada tingkat pengolahan RNA (splicing). Beberapa limfosit matang B menghasilkan IgM dan IgD antibodi. Sebuah kompleksitas dapat diamati lebih lanjut pada sintesis antibodi yang produksi berurutan dari membran terikat dan disekresikan bentuk antibodi. Antibodi pertama yang dibentuksaat perkembangan limfosit B adalah molekul IgM yang terikat pada permukaan.

Urutan Sinyal Dalam Mengatur Penyusunan Ulang Genom  

            Urutan sinyal yang sama ditemukan pada semua segmen gen V yang berdekatan. Semua segmen gen J mempunyai lokasi yang berdekatan dengan sekuen pengkodean. Sehingga, urutan sinyal gen J berbeda-beda pada daerah yang berdekatan dengan gen V.

Keanekaragaman  Antibodi: Sisi Variasi yang Bergabung dan Mutasi somatik

Sebuah perbandingan dari keragaman sekuens asam amino yang ada dalam molekul antibodi diperkirakan dari sekuen segmen gen yang mengkode antibodi tersebut menunjukkan bahwa terdapat variasi yang lebih di sekuens asam amino pada persambungan V-J. Pada penelitian berikutnya menunjukkan bahwa banyak keragaman tambahan tersebut dijelaskan oleh variasi dalam sisi yang tepat dari rekombinasi selama peristiwa penggabungan V-J. Dengan demikian, penggunaan sisi alternatif rekombinasi selama peristiwa penggabungan yang terlibat dalam perakitan gen antibodi matang menyediakan mekanisme tambahan untuk menghasilkan keragaman antibodi.

Hipermutasi somatik  pada daerah gen antibodi yang mengkode sisi ikatan antigen mungkin berdampak besar bagi organisme. Tanpa mekanisme ini tidak akan dihasilkan keragaman antibodi. Virus dan patogens lainnya yang terus berkembang dan menghasilkan varian baru dengan determinan antigenik baru. Untuk memberikan pertahanan yang memadai terhadap perubahan komposisi antigenik virus dan komponen lain dari lingkungan, sistem kekebalan tubuh harus mampu menanggapi perubahan ini dengan cepat.

Berapa Banyak Kombinasi?

Seperti yang kita ketahui sebelumnya bahwa keragaman dapat dihasilkan melalui penggabungan segmen gen antibodi. Contohnya, jumlah rantai ringan kappa yang mungkin berbeda pada manusia: 300 segmen gen V_k x 5 segmen J_k = 1.500 segmen gen V_k-J_k. Pada rantai berat daerah variasi terdapat lebih banyak keragaman. Hal ini karena terdapat segmen gen D ganda. Jika ada 300 segmen gen V_H, 25 segmen gen D dan 6 segmen gen J_H dalam sel germ line pada manusia, maka dapat dihasilkan 45000 rantai berat yang berbeda pada daerah variasi. Jadi fusi antara segmen gen antibodi menghasilkan keragaman antibodi dalam jumlah besar. Sehingga keragaman selanjutnya dapat dihasilkan dalam dua cara tambahan (1) mutasi somatik dan (2) variabilitas dalam sisi di mana terjadi peristiwa penggabungan V-J, V-D, dan D-J. Kisaran keanekaragaman antibodi ini tampaknya hampir tak terbatas.

Regulasi Transkripsi: sebuah jaringan peningkat khusus

Setiap segmen gen L_H-V_H mengandung promotor yang menuju hulu. Namun, sebelum peristiwa penataan ulang genom yang mengarah ke sintesis rantai berat, peningkat biasanya terletak 100.000 pasang nukleotida terdekat dari promoter L_H-V_H. Penigkat ini tidak dapat mengaktifkan transkripsi dari promotor yang letaknya jauh. Peningkat sekarang dapat mengaktifkan transkripsi dari promotor terletak di hulu pada segmen gen L_H-V_H. Penigkat yang terlibat dalam aktivasi sintesis rantai berat adalah jaringan peningkat tertentu. Sebuah elemen penambah serupa telah ditemukan di intron antara rantai ringan segmen gen J_k dan sekuen pengkode C_k.

Seleksi Klonal

Teori seleksi klonal menyatakan bahwa semua antibodi yang diproduksi oleh limfosit B memiliki spesifikasi pengikat antigen yang sama. Tapi sel yang berbeda di kelompok limfosit B akan mengalami penyusunan ulang genom yang berbeda juga akan menyebabkan produksi antibodi dengan specifities berbeda pula. Kelompok limfosit B pada manusia dan tikus akan memproduksi berbagai macam antibodi. Teori seleksi klonal menyatakan bahwa pengikatan antigen asing tertentu pada antibodi di permukaan limfosit B merangsang sel untuk membelah dan menghasilkan limfosit B tertentu dalam jumlah besar.

Pengecualian Alel

Setiap limfosit B membuat hanya satu jenis antibodi. Hal ini karena sel mamalia adalah diploid sehingga hanya membawa 2 set informasi genetik yang mengkode utuk setiap rantai antibodi. Tetapi hanya satu genom yang produktif dalam penataan ulang pengkodean rantai ringan dan satu genom  dalam penataan ulang pengkodean rantai berat pada setiap limfosit B. Fenomena inilah yang disebut pengecualian alel karena salah satu alel dikecualikan dari yang dinyatakan.

Variabilitas Reseptor Sel T

Reseptor sel T tersusun atas 2 rantai polipeptida α dan β yang masing-masing dikode oleh segmen gen L-V, D, J dan C. Hal ini sama seperti rantai pada antibodi. Polipeptida α dan β mengandung daerah variasi yang membentuk sisi pengikat antigen dan daerah konstan yang menguatkan reseptor pada permukaan sel. Gen reseptor sel T dirakit oleh penyusunan ulang genom yang terjadi selama proses diferensiasi limfosit T. Struktur dari sekelompok gen reseptor sel T mirip antara manusia dan tikus. Reseptor sel T memiliki jumlah keanekaragaman yang cukup banyak. Keanekaragaman ini dihasilakn oleh penyusunan ulang genom yang terjadi selama proses diferensiasi limfosit T.

Komplek Histocompatibilitas Mayor

Banyak komponen lain pada respon imun seperti antigen transplantasi yang mungkin menolak jaringan asing pada saat operasi transplantasi berlangsung. Antigen tersebut dikontrol oleh komplek multigen yang disebut komplek histocompatibilitas mayor. Pada manusia komplek ini dikode oleh lokus HLA (Human Leukocyte Antigen complex) yang terletak pada kromosom 6. Lokus komplek histocompatibilitas mayor berukuran lebih dari 2x10⁶ pasang nukleotida. Ada 3 kelompok gen yang terletak pada lokus tersebut. Kelompok gen 1 mengkode antigen transplantasi. Kelompok gen 2 mengkode polipeptida yang terletak pada permukaan limfosit B dan makrofag. Kelompok gen 3 mengkode protein pelengkap.

PERTANYAAN

1.      Ada berapa macam antibodi dalam tubuh? Sebutkan dan jelaskan pengelompokan tersebut!

Jawab: dalam tubuh ada 5 macam kelas antibodi, yaitu: IgM, IgD, IgG, IgE, dan IgA. Penggolongan kelas tersebut berdasarkan struktur rantai berat pada daerah konstan. Misalnya, antibodi IgD biasanya masih terikat pada permukaan sel  di mana IgD tersebut disintesis, sedangkan antibodi IgG biasanya disekresikan dan beredar ke seluruh tubuh melalui aliran darah.

2.      Bagaimanakah perbedaan dari rantai berat dan rantai ringan?

Jawab: Gen rantai ringan lambda dirakit dari segmen terpisah selama perkembangan limfosit B. Sedangkan Rantai Berat proses pengkodean informasi genetik diatur dalam L_H - V_H, J_H, dan C_H yang serupa dengan rantai ringan kappa. Tetapi ada satu segmen gen tambahan, yang disebut D (keragaman), yang mengkode  2-13 asam amino pada wilayah variasi.