Beberapa penelitian telah menunjukkan efek inhibis IFN-γ terhadap sel progenitor eritroid. IFN-γ menghambat pertumbuhan dan diferensiasi CFU-E pada sumsum tulang dan menginduksi apoptosis. Proses apoptosis melibatkan banyak perubahan metabolik yang akan menimbulkan degradasi genomik DNA menjadi fragmen
nukleosomal. Mekanisme bagaimana IFN-γ menimbulkan efek inhibisi terhadap pertumbuhan sel progenitor eritroid dan menginduksi apoptosis adalah multifaktorial. Beberapa mekanisme yang diketahui antara lain:
1. Interferon-γ menginduksi ekspresi Fas reseptor pada sel progenitor eritroid sumsum tulang
Fas antigen adalah suatu molekul reseptor permukaan sel, dimana aktivasi oleh ligand-nya dapat menimbulkan tranduksi sinyal apoptosis. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa sistem Fas/Fas ligand (FasL) memainkan peranan penting dalam menimbulkan apoptosis pada beberapa sel yang berbeda akibat interaksi antara fas dengan FasL. Fas (APO-1/CD95) adalah membran glikoprotein berukuran 45 kD dan merupakan famili tumour necrosis factor-receptor. Fas mengandung 70 asam amino yang dibutuhkan untuk menimbulkan sinyal transduksi apoptosis. Fas mRNA diekspresikan oleh sel limfosit, monosit, dan juga sel leukemia. Sedangkan FasL adalah suatu protein famili dari TNF berukuran 40 kD. FasL diproduksi oleh sel T yang teraktivasi terutama sel T sitotoksik (Takahashi, dkk., 1994). Antigen presenting cells adalah sumber dari FasL, dan infeksi HIV menyebabkan peningkatan ekspresi FasL oleh makrofag. Hal ini mengindikasikan bahwa makrofag juga berperan dalam apoptosis sel limfosit dan eritroid progenitor pada infeksi HIV (Baddley, dkk., 1996).
Dai, dkk (1998) meneliti ekspresi Fas pada CFU-E sumsum tulang manusia setelah diinkubasi dengan IFN-γ dan interaksi Fas dan FasL dalam menimbulkan kematian sel akibat apoptosis yang diinduksi oleh IFN-γ (IFN-γ induced apoptotic cell death). Untuk menentukan bahwa ekspresi Fas/FasL berhubungan dengan IFN-γ
dalam menginduksi apoptosis, ditentukan ada atau tidaknya molekul ini pada permukaan CFU-E dalam keadaan terdapat atau tidaknya IFN-γ. Analisis menggunakan northern and flow cytometric menunjukkan persentase yang kecil dari CFU-E manusia normal yang mengekspresikan Fas pada permukaannya dan juga levelnya sangat rendah. Ekspresi Fas pada permukaan mengalami peningkatan setelah enam jam inkubasi CFU-E dengan IFN-γ pada konsentrasi kurang dari 50 U/mL dan meningkat secara gradual dan mencapai puncak dalam 72 jam setelah inkubasi dengan IFN-γ dimana efek inhibisi IFN-γ terhadap pertumbuhan CFU-E jelas terlihat. Jadi, efek inhibisi IFN-γ terhadap CFU-E bersifat dose and time dependent. Eksperimen selanjutnya menunjukkan aktivasi Fas oleh anti-Fas monoclonal antibody (anti Fas MoAb) yang secara fungsional mirip dengan FasL menyebabkan penurunan viabilitas CFU-E. Apoptosis yang diinduksi IFN-γ sangat menurun setelah pemberian antihuman FasL antibody yang menghambat interaksi Fas dengan FasL. Penelitian ini menunjukkan bahwa IFN-γ meningkatkan ekspresi Fas pada permukaan sel progenitor eritroid serta menginisiasi interaksi antara Fas dengan FasL yang akan menimbulkan efek inhibisi dan apoptosis sehingga memberikan kontribusi yang besar dalam menghambat eritropoesis normal.
Penelitian lain juga membuktikan efek inhibisi dari TNF-α dan IFN-γ pada hematopoesis yang dimediasi atau dipotensiasi oleh sistem Fas/FasL. Terdapat peningkatan ekspresi Fas pada permukaan sel CD34+ setelah diinkubasi dengan TNF-α atau IFN-γ atau keduanya secara bersama-sama. Ekspresi Fas paling kuat diinduksi oleh adanya IFN-γ dan TNF-α secara bersamaan. Pemberian anti-Fas MoAb sangat memperkuat efek inhibisi dari TNF-α dan IFN-γ pada pertumbuhan koloni sel CD34+
bahkan pada konsentrasi TNF-α dan IFN-γ yang sangat rendah. Untuk menentukan apakah anti-Fas Mo-Ab memediasi terjadinya apoptosis dilakukan pemeriksaan terhadap DNA, dimana terdapat gambaran degradasi nukleosom yang merupakan tipikal terjadinya apoptosis. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa efek dari FasL adalah sinergistik dengan TNF-γ dan TNF-α dalam mempengaruhi proliferasi dan viabilitas sel. Jadi ekspresi Fas reseptor yang diinduksi oleh TNF-α dan IFN-γ akan menyebkan sel rentan terhadap FasL dimana interaksi Fas-FasL akan mentransduksi sinyal apoptosis (Maciejewski, dkk., 1995).
Kerjasama antara beberapa sitokin inhibisi seperti TNF-α, IFN-γ, dan FasL akan menimbulkan efek inhibisi yang poten pada sel sumsum tulang pada setting yang dikenal dengan immune-system attack. Ekspresi Fas juga terdapat pada sel limfosit penderita terinfeksi HIV yang akan dijelaskan pada sub bab selanjutnya. 2. IFN-γ menurunkan reseptor eritropoetin dan stem cell factor pada sel eritroid
progenitor
Eritropoetin dan stem cell factor (SCF) menunjukkan kerja yang bersifat sinergis untuk merangsang proliferasi dan/atau diferensiasi sel eritroid progenitor dan mencegah apoptosis in vitro (Muta dan Krantz, 1993; Muta, dkk., 1994). SCF dan eritropoetin juga dapat mengatasi efek inhibisi dari IFN-γ pada sel eritroid progenitor in vitro (Dai, dkk., 1995; Means, dkk., 1991) . Jadi, IFN-γ dan growth factor ini memiliki efek yang berlawanan terhadap sel progenitor eritroid.
Penelitian Taniguchi, dkk. (1997) menunjukkan bahwa IFN-γ menurunkan ekspresi reseptor eritropoetin dan SCF pada permukaan sel CFU-E dengan menurunkan ekspresi mRNA untuk kedua reseptor ini. IFN-γ menekan ekspresi
mRNA pada tingkat transkripsi. Hasil ini mengindikasikan bahwa IFN-γ menghambat proliferasi dan diferensiasi sel progenitor eritroid dan menurunkan survival dengan menurunkan jumlah target reseptor untuk eritropoetin dan SCF. Hasil penelitian ini dapat menjelaskan bagaimana dosis yang tinggi dari eritropoetin ini dapat mengatasi efek inhibisi dari IFN-γ, karena dengan sedikit reseptor yang terdapat pada permukaan sel, membutuhkan konsentrasi yang tinggi dari eritropoetin untuk mengembalikan probabilitas interaksi antara reseptor dengan ligand-nya.
3. IFN-γ menginduksi peningkatan ekspresi dan aktivasi caspase 1, 3 dan 8
Terdapat 10 enzym caspase yang telah teridentifikasi. Caspase merupakan protease yang memainkan peranan penting dalam perubahan biokimia yang menyebabkan kematian sel. Konversi caspase dari bentuk proenzym yang bersifat dorman ke bentuk enzym aktif adalah langkah penting dalam menimbulkan kaskade apoptosis yaitu penyusutan sel (cell shrinkage), kondensasi kromatin, pecahnya DNA, pembengkakan membran dan pembentukan apoptotic bodies (Cohen, 1997).
Dai dan Krantz (1999) meneliti efek IFN-γ terhadap ekspresi dan aktivasi beberapa caspase pada sel progenitor eritroid (CFU-E) menggunakan RNase protection assay dan western blot analysis. Hasilnya menunjukkan terdapat peningkatan ekspresi caspase 1,3 dan 8. Caspase ini tidak hanya meningkat ekspresinya, tetapi juga teraktivasi ketika sel mengalami apoptosis. Caspase inhibitor sangat efisien memblokade aktivasi kaspase dan mengurangi inhibisi pertumbuhan sel oleh IFN-γ.
Penelitian Cohen, dkk. (1997) menunjukkan bahwa Fas menginduksi apoptosis dengan mengaktivasi caspase 8 yang mengandung Fas-associating protein with death domain (FAAD) yang berfungsi sebagai death effector. Jadi terdapat hubungan langsung antara reseptor untuk kematian sel (cell death teceptors) dan caspase.