Nephritogenic Antigen Of Basement Membrane In
Nephritogenic Antigen Of Basement Membrane In
Nephritogenic Antigen Of Basement Membrane In
Nephritogenic Antigen Of Basement Membrane In
Nephritogenic Antigen Of Basement Membrane In
Autoimmune Glomerulonephritis
Autoimmune Glomerulonephritis
Autoimmune Glomerulonephritis
Autoimmune Glomerulonephritis
Autoimmune Glomerulonephritis
Syarifuddin Rauf
Bagian Ilmu Kesehatan Anak, Fakultas Kedokteran Universitas Hasanuddin RS Wahidin Sudirohusodo, Makasar
utoimmune glomerulonephritis disebut juga antiglomerular basement membrane induced glomerulonephritis (anti-glomeruler basement membrane nephritis = anti membrana basalis glomerulus glomerulonefritis = anti-mbg nefritis), adalah salah satu penyakit otoimun yang dipicu oleh
Alamat korespondensi:
Prof. DR. Dr. Syarifuddin Rauf, Sp A(K)
Bagian Ilmu Kesehatan Anak, Fakultas Kedokteran Universitas Hasanuddin, RS Dr. Wahidin Sudirohusodo, Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 11, Tamalanrea Makasar - Sulsel
auto antibodi terhadap membrana basalis glomerulus (mbg). Anti-mbg nefritis termasuk penyakit yang jarang (5% dari semua bentuk glomerulonefritis) tetapi dapat menyebabkan rapidly progressive glomerulonephritis yang dapat berakhir dengan gagal ginjal terminal pada 20% orang dewasa dan 10% pada anak.
Tujuan penulisan untuk membahas bagaimana terjadinya penyakit ini, dimana dan bagaimana peran antigen nefritogenik menimbulkan anti-mbg nefritis. Selain hal tersebut dan sesuai dengan tema PIT III Ilmu Kesehatan Anak 2007, maka anti-mbg nefritis merupakan contoh penyakit yang gejala-gejala
Abstrak Abstrak Abstrak Abstrak
Abstrak. Autoimmune glomerulonephritis adalah suatu penyakit otoimun yang dipicu oleh antibodi terhadap membrana basalis glomerulus (mbg). Penelitian pada binatang percobaan menunjukkan bahwa mbg mempunyai peranan sangat tidak hanya sebagai alat penyaring utama tetapi juga berperan menimbulkan penyakit ginjal.
Penelitian-penelitian biokimia dan biologi molekuler yang mendasar pada mbg membuktikan bahwa mbg mengandung kolagen tipe IV, suatu bentuk glikoprotein yang merupakan bagian terbesar (40%) mbg dan terdiri dari molekul-molekul yang merupakan rantai-rantai gugus asam amino dan disebut rantai α. Dikenal 6 rantai α yang membentuk ikatan rantai α yang kompleks. Salah satu rantai α yaitu rantai α.3 (α.3 (IV) NC1) merupakan target otoantibodi pada sindrom Goodpasture sehingga antigen nefritogenik disebut sebagai antigen Sindrom Goodpasture. Ikatan ini pula yang menjadi sasaran mutasi dari gen-gen kolagen tipe IV sehingga secara fisik terjadi kelainan-kelainan mbg seperti yang terlihat pada Sindrom Goodpasture, Sindrom Alport dan Thin Basement Membrane Disease.
Antigen nefritogenik autoimmune glomerulonephritis terdapat pada rantai α.3 di daerah Non Collagenous (NC 1) kolagen tipe IV mbg yang disingkat sebagai α.3 (IV) NC1 dan disebut pula sebagai antigen Goodpasture dan merupakan target otoantibodi anti-mbg.h cepat menghentikan kejang dibandingkan lorazepam bukal.
Kata kunci: membrana basalis glomerulus, antigen nefritogenik, anti-mbg nefritis
kiliniknya dapat dijelaskan secara holistik melalui pembahasan biologi molekuler, genetik dan imunologik.
Anti-Mbg Nefritis (AMN)
Pengetahuan tentang patogenesis AMN dimulai dengan penelitian pada binatang percobaan yang dilakukan oleh Steblay (1962) 1 dengan menyuntikkan mbg manusia
yang diemulsikan dengan Complete Freund’s Adjuvant (CFA) pada domba sehingga terjadi tanda-tanda glomerulonefritis yang disebut eksperimental anti glomerular basement membrane nephritis (Gambar 1). Hal ini membuktikan adanya antibodi terhadap mbg domba yang kemudian bereaksi dengan protein yang terdapat di mbg domba yang diduga bersifat antigenik terhadap antibodi tersebut. Protein inilah yang disebut antigen nefritogenik. Untuk membuktikan adanya antigen nefritogenik di mbg yang bereaksi dengan antibodi anti mbg, maka penelitian lebih lanjut pada binatang percobaan dengan menyuntikkan secara aktif larutan antigen nefritogenik (soluble nephritogenic antigen) dari mbg lembu pada tikus sehingga menyebabkan terjadinya glomerulonefritis.2,3
(Gambar 2)
Percobaan pada kedua model binatang percobaan ini membuktikan proses otoimun yaitu reaksi antibodi anti mbg dengan mbg dari individu yang sama. Atas dasar penelitian pada binatang percobaan ini maka salah satu bentuk AMN pada manusia yaitu Sindrom Goodpasture (SGP), patogenesisnya dapat
diterangkan dengan jelas. Penyakit ini ditandai dengan gejala glomerulonefritis dan hemoptisis oleh karena perdarahan paru sebagai akibat reaksi auto antibodi dengan antigen nefritogenik yang terdapat baik di membrana basalis glomerulus maupun di membrana basalis alveolus.4,5 Oleh karena itulah
membrana basalis memegang peran sangat penting dalam patogenesis AMN. (Gambar 3)
Biologi Molekuler Membrana Basalis Glomerulus
Membrana basalis glomerulus merupakan matriks ekstraselular yang halus dengan ketebalan sekitar 300-350 nm.6 Selain berfungsi sebagai pemisah antara
sel endotel dan sel epitel juga berfungsi sebagai alat penapis (ultrafiltrasi) zat-zat bermolekul besar seperti protein untuk masuk ke dalam urin. Membrana basalis glomerulus terletak antara sel epitel dan sel endotel glomerulus dan terdiri atas tiga lapis yaitu lapisan luar disebut lamina rara eksterna, lapisan tengah disebut lamina densa, dan lapisan dalam disebut lamina rara interna. Membrana basalis glomerulus mengandung bahan atau unsur sebagai berikut. (Gambar 4)
1. Kolagen tipe IV
Kolagen tipe IV adalah suatu bentuk glikoprotein yang merupakan bagian terbesar mbg (40%) dan terletak di lamina densa dan mengandung molekul yang merupakan rantai gugus asam amino yang disebut rantaiα. Sampai saat ini dikenal enam jenis rantai α
Gambar 1. mbg manusia yang diemulsikan dengan
CFA disuntikkan ke domba menimbulkan anti-mbg nefritis
Gambar 2. Larutan antigen nefritogenik yang
diisolasi dari mbg lembu disuntikkan ke tikus, menyebabkan anti-mbg nefritis
yaituα1,α2,α3,α4,α5 dan α6.7,8,9,10,11,12Rantaiα inilah
yang membentuk molekul kolagen tipe IV mbg yang setiap molekulnya terdiri dari 3 rantai α yang disebut sebagai protomer. Secara teoritis kombinasi secara random ke enam rantai α ini akan menghasilkan 56 protomer-protomer yang berbeda.13,14 Sampai sekarang
dikenal 3 bentuk protomer dengan pola susunan jenis rantaiα yang berbeda (Gambar 5)14
• Gabungan 2 rantai a1 dan 1rantai α2 (α1,α1,α2) • Gabungan rantai α3, α4 dan α5 (α3,α4,α5) • Gabungan 2 rantai α5 dan 1 rantai α6 (α5,α5,α6)
Tiap protomer terdiri dari 3 daerah yang berlainan (Gambar 6)
• Daerah carboxyl terminus yang disebut noncolla-genous domain (NC1)
• Daerah triple helix yang terletak di bagian tengah • Daerah amino terminus yang disebut 7S
2. Unsur-unsur penunjang kolagen tipe IV
Selain kolagen tipe IV yang merupakan substansi terbesar dari mbg (40 %), juga dijumpai heparan sulfat proteoglikan yang terletak dil amina rara interna dan eksterna mbg. Selain zat tersebut dijumpai pula komponen lain seperti laminin, entactin.
Ketiga makro molekul tadi terikat pada kolagen tipe IV sedemikian rupa, bersama komponen-komponen ini dapat memberikan kekuatan peregangan (tensile strength) kepada mbg.
Beberapa penyakit sehubungan dengan kelainan membran basalis glomerulus
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa mbg memegang peranan sangat penting oleh karena antigen nefritogenic α3 (IV) NC1 terdapat di mbg.
Perubahan yang terjadi pada mbg, akan menyebabkan konsekuensi ringan sampai berat seperti apa yang terjadi pada beberapa penyakit. (Gambar 7 dan 8) 1. Sindrom Goodpasture (SGP). Terjadi sebagai
akibat reaksi imunologik yang terjadi antara antibodi anti-mbg dengan antigen nefritogenik α3
(IV) NC1 di mbg sehingga dapat menyebabkan proteinuria, hematuria sampai gagal ginjal. 2. Sindrom Alport (SA). Terjadi oleh karena antigen
nefritogenikα3 (IV) NC1 tidak terdapat di mbg sebagai akibat mutasi gen α3 (IV) NC1 yang
terdapat di kromosom 2. Hal ini menyebabkan mbg mengalami perubahan fisik sedemikian rupa sehingga nampak sebagian menebal, menipis, dan ada yang terbelah (splitting, multi lamination). Hal ini tentu akan menimbulkan gangguan fungsi ginjal sampai gagal ginjal yang berlangsung kronik.
3. Thin Basement Membrane Disease (TBM). Membran basalis glomerulus (mbg) mengalami penipisan sehingga menimbulkan gangguan berupa hematuria. (Gambar 8)
4. Nefropati Diabetik (ND). Membran basalis glomerulus (mbg) pada penyakit ini menebal sehingga menimbulkan konsekuensi berupa penurunan fungsi ginjal yang pada gilirannya dapat menyebabkan gagal ginjal.
Gambar 4. Membrana basalis glomerulus yang
terdiri dari lamina rara eksterna, lamina densa dan lamina rara interna
Gambar 3. Gejala utama pada Goodpasture Syndrome
yaitu glomerulonefritis akibat reaksi antibodi anti-mbg dengan mbg dan hemoptisis (perdarahan alveoli) akibat reaksi antara antibodi anti-mbg
Gambar 6. Tiap protomer terdiri atas daerah
nonkolagenous (Noncollagenous domain = NC1) daerah triple helix dan daerah 7S. Protomer-protomer ini saling berhubungan baik melalui NC1 maupun melalui 7S sehingga terbentuk supra struktur kolagen tipe IV mbg. Dikutip dari Hudson. 6
Gambar 5. Pada bagian kiri gambar, nampak 6 rantai α (α1,α2, α3,α4,α5 dan α6) yang terjalin dalam bentuk protomer-protomer dan masing-masing protomer terdiri dari 3 jenis rantai α (bagian kanan gambar)
Gambar 7. Gambaran skematis membarana basalis
glomerulus yang terdiri dari kolagen tipe IV yang merupakan bagian utama tempat unsur-unsur lain yaitu heparan sulfate proteoglycan, entactin, laminin terikat sedemikian rupa sehingga membentuk substansi yang berfungsi sebagai penyaring zat-zat dengan berat molekul besar dan sekaligus sebagai penunjang. Dikutip dari Hudson 6
Imunogenetik Goodpasture Syndrome
Proses Imunologik
Autoimmune Glomerulonephritis yang menyebabkan glomerulonefritis dan hemoptisis akibat perdarahan alveolus dikenal sebagai Goodpasture Syndrome (GPS). Gambaran klinis GPS disebabkan oleh adanya antibodi anti mbg yang bereaksi dengan antigen nefritogenik yang terdapat baik di membrana basalis glomerulus maupun di alveolus sehingga antigen nefritogenik ini disebut pula sebagai antigen Goodpasture (AGP). Pada penelitian lebih lanjut memperlihatkan bahwa AGP terletak di C terminal non Collagenous (NC1). Antigen Goodpasteur (AGP) terdiri dari 36 asam amino yang disebut rantai α3 kolagen tipe IV NC1 dengan singkatan α3 (IV) NC1 dan merupakan epitop AGP. Dikenal dua epitop pada α3 (IV) NC1 yaitu EA dan EB yang terletak tersembunyi
di antara N terminus NC1 dan triple helix.13Antibodi
terhadap epitop merupakan 90% dari seluruh antibodi terhadap AGP, sedangkan 10% lainnya terhadap rantai a lain di mbg. Epitop tersebut baru dapat bereaksi dengan antibodi anti mbg bila terjadi kerusakan strukturnya yang dipicu oleh infeksi virus, merokok atau terpapar terhadap hidrokarbon.
Gambar 8. Pada gambar nampak penampang mbg
pada orang normal terdiri dari lapisan endotel, mbg, epitel (foot process) dan slit diaphragm diantara foot process. Mbg menipis pada TBM, menipis dan terbelah-belah pada AS, bereaksi dengan antibodi pada SGP dan menebal pada ND
Gambar 9. Ke 6 gen-gen kolagen IV terletak
berpasangan dengan posisis berhadap-hadapan (a head-to head manner), yang terletak di kromosom 13 (mengkode rantai α1 dan α2), di kromosom 2
(mengkode rantai α3 dan α4) dan di kromosom X
(mengkode rantai α5 dan α6)
Adanya antibodi anti mbg disirkulasi terhadap epitop α3 (IV) NC1 di mbg merupakan hal yang patognomonis untuk autoimmune glomerulonephritis termasuk GPS. Sebaliknya pada transplantasi Sindrom Alport, hilangnya rantai α3 akibat mutasi gen rantai α3 dan rantai α5 menyebabkan reaksi antara alloantibodi antiα3,5 dengan mbg ginjal donor sehingga dapat terjadi anti-mbg nefritis. Oleh karena itu diagnosis GPS harus memenuhi kriteria sebagai berikut:
• Dijumpai antibodi anti mbg terhadap epitop α3 (IV) NC1.
• Manifestasi klinik berupa tanda glomerulonephritis seperti hematuria, proteinuria, dan perdarahan alveolus (hemoptisis).
• Deposit linier IgG sepanjang mbg.
Proses Genetik
Keenam rantai α dikode oleh gen yang terletak di kromosom 2,13 dan kromosom X (Gambar 9). Rantai α1 dan α2 yang pertama kali ditemukan dikode oleh gen
COL4A1 dan COL4A2 di lokus 13q34 kromosom13. Rantaiα3 dan α4 dikode oleh gen COL4A3 dan COL4A4 yang terletak di kromosom 2, sedangkan rantai α5 dan α6 dikode oleh gen COLA5 dan COLA6 yang terletak di
kromosom X. Ketiga pasang gen-gen tersebut terletak berhadap-hadapan (a head-to head manner).15
Antigen nephritogenik yang disebut α3 (IV) NC1
yang terletak di rantai α3ternyata bersatu dengan rantai α4 dan α5 membentuk molekul-molekul yang disebut protomer GPS. Mutasi yang terjadi di gen rantai α5 menyebabkan penyakit x-linked Alport syndrome, sedangkan mutasi yang terjadi pada gen rantai α3 akan menyebabkan Sindrom Alport baik resesif maupun dominan dan mutasi pada gen rantai α4 menyebabkan thin basement membrane disease.
(Gambar 10)
Atas dasar biologi molekular mbg, proses genetik dan imunologik maka gejala klinik AIG pada umumnya dan SGP pada khususnya dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Adanya antibodi anti mbg di dalam darah yang
kemudian terperangkap di mbg dan terjadi reaksi antara anti mbg dengan epitop antigen nephri-togenic α3 (IV) NC1, merusak mbg dan se-terusnya menimbulkan gejala glomerulonephritis, seperti hematuria dan proteinuria. Pada keadaan yang lebih berat dapat terjadi proliferasi difus sel epitel glomerulus (Cresent) disertai perdarahan alveolus sebagai akibat reaksi antibodi anti mba dengan antigen nefritogenic α3 (IV) NC1 yang terdapat di mba alveolus sehingga terjadi hemoptisis.
b. Sebagaimana diketahui rantai α3,α4 dan α5 terikat
satu sama lain membentuk suatu protomer pada rantaiα3yang terletak target antigen nefritogenik, yaitu pada epitop Ea dan Eb yang baru dapat
bereaksi dengan otoantibodi anti mbg bila epitop ini terlepas dari ikatannya dan terpapar dengan otoantibodi tersebut. Terlepasnya epitop dari persembunyiannya di protomer tadi dapat dipicu oleh suatu oksidan dari luar misalnya terpapar dengan hidrokarbon atau asap rokok.
Oleh karena itulah pasien SGP pada umumnya terjadi pada orang yang bekerja di lingkungan yang mengandung hidrokarbon, misalnya petani yang memakai pestisida.
c. Hilangnya rantai α3,α4, dan α5 pada mbg akibat mutasi gen-gen Col 4 A3,Col 4 A4 dan Col 4 A5 memacu timbulnya Sindrom Alport dengan beberapa variasi seperti X-linked Alport syndrome, autosomal recessive & dominant Alport syndrome dan thin basement membrane disease.
d. Rantai α3,α4, dan α5 yang hilang pada mbg akan menyisakan rantai α1 .α1. α2 yang secara fisik mudah mengalami proteolisis. Hal inilah yang dapat menerangkan mengapa mbg Sindrom Alport mengalami penebalan, penipisan bahkan terbelah-belah yang akhirnya menyebabkan gagal ginjal. e. Kegagalan tranplantasi ginjal pada sindrom Alport
disebabkan oleh terjadinya anti mbg nefritis pada ginjal donor sebagai reaksi α3/α5 aloantibodi
terhadap mbg ginjal donor.
Kesimpulan
1. Membrana basalis glomerulus mengandung sebagian besar kolagen tipe IV, suatu bentuk glikoprotein yang tersusun dari rantai gugus asam amino yang disebut rantai a dan membentuk suatu ikatan kompleks 6 jenis rantai a yaitu α1, α2,α3, α4, α5 dan α6. Ikatan kompleks ini mempunyai
fungsi penting baik dalam hal filtrasi maupun dalam hal menimbulkan penyakit.
2. Salah satu rantai α dari ikatan kompleks 6 rantai α di mbg yaitu rantai α3 terletak pada daerah
noncollagenous (NC1) kolagen tipe IV dan disingkat sebagai α3 (IV)NC1 adalah antigen yang bersifat nefritogenik dan merupakan target otoantibodi anti-mbg. Antigen ini dikenal pula sebagai antigen Goodpasture.
3. Keenam rantai a dikode oleh gen-gen COL4A1 dan COL4A2 yang terletak di kromosom 13 yang mengkode rantai α1 dan α2, gen-gen COL4A3 dan COL4A4 yang terletak di kromosom 2 dan
gen-Gambar 10. Mutasi pada gen-gen rantai α3, rantai α4, rantai α5, menyebabkan terjadinya Sindrom
Alport(X-linked, autosomal recessive&dominant)dan TBM disease
gen COL4A5 dan COLA6 yang mengkode rantai α5 dan α6.
4. Mutasi gen-gen COL4A3, COL4A3 dan COL4A5, menyebabkan perubahan-perubahan fisik mbg yang pada gilirannya menyebabkan anti-mbg nefritis pada Sindrom Alport resesif otosom, dominant otosom dan Sindrom Alport x-linked.
Daftar Pustaka
1. Steblay, R.W. Localisation in human kidney of antibod-ies in sheep against human placenta. J Immunol 1962; 88:434-42.
2. Sado, Okigaki T, Takamiya H, and Seno S. Experimen-tal autoimmune glomerulonephritis with pulmonary haemorrhage in rats. The dose effect relationship of the nephritogenic antigen from bovine glomerular basement membrane. J Clin Lab Immunol 1984; 15:199-204. 3. Rauf S, Kagawa M, Kishiro Y, Inonue S, Naito I,
Oohashi T, Sugimoto M, Ninomiya Y, and Sado Y. Nephritogenicity and a - chain composition of NC1 frac-tion of the type IV collagen from bovine renal basement membrane. Virchows Arch 1996; 428:281-8.
4. Martinez J S, and Koler P F. Variant goodpasture syn-drome. The need for immunologic criteria in rapidly glomerulonephritis and haemorrhagic pneumonitis. Ann Int Med 1971; 75:67-76.
5. Bidani AK, Lewis EJ. Idiopathic rapidly progressive glom-erulonephritis and Goodpasture’s Syndrome. Dalam: Edelman CM, penyunting Pediatric Kidney Disease, edisi ke-2. Boston, Little Brown and Co, 1992. h. 1223-32. 6. Hudson BG, Wieslander J, Wisdom BJ, Noelken ME.
Biologi of disease: Goodpasture syndrome, molecular architecture and function of basement membrane anti-gen. Lab Invest 1989; 61:256-69.
7. Brazel D, Oberbaumer I, Dieringer H, Babel W, Glanville RW, Deutzmann R,, Kuhn K. Completion of
the amino acid sequence of a1 chain of human base-ment membrane collagen (type IV) reveals 21 non-trip-let interruptions located within the collagenous domain. Eur J Biochem 1987; 168:529-36.
8. Brazel Pollner R, Oberbaumer I, Kuhn K. Human bament membrane collagen (type IV). The amino acid se-quence of the α2 (IV) chain and its comparison with the α1 (IV) chain reveals deletions in the α1 (IV) chain).
Eur J Biochem 1988; 172:35-42.
9. Mariyama M, Leinonen A, Mochizuki T, Tryggvason K, Reeders ST. Complete primary structure of the hu-manα3 (IV) collagen chain : coexpression of the α3 (IV) and α4 (IV) collagen chains in human tissues. J Biol Chem 1994; 269 : 23013-7.
10. Leinonen A, Mariyama M, Mochizuki T, Tryggvason K, Reeders ST. Complete primary structure of the hu-man type IV collagen α4 (IV) chain J. Biol Chem 1994; 269: 26172-7.
11. Taina Pihlayaniemi, Pohjolainen, E.R., Myers, J.C. Com-plete primary structure of tripple-helical region and the carboxyl – terminal domain of a new type IV collagen chain 5 (IV). J Biol Chem 1990; 26:13758-66. 12. Zhou J, Hertz JM, Leinonen A, Tryggvason K.
Com-plete amino acid sequence of the human α5 (IV)
col-lagen chain and identification of single-base mutation in exon 23 converting glycine 521 in the collagenous domain to cysteine in Alport syndrome patient. J Biol Chem 1992; 269:12475-81.
13. Hudson, B.G. The molecular basis of Goodpasture and Alport Syndromes : Beacons for discovery of the col-lagen IV Family. J Am Soc Nephrol 2004; 15:2514-27. 14. Rohrbach DH, Timpl R. Molecular and cellular aspects of basement membranes. Academic Press, Inc. San Di-ego, 1993. h. 1-437.
15. Ninomiya Y. IV Genes and Goodpasture Antigens. Dalam: Extracelluler matrix – Celluler Interaction Ed. Y. Ninomiya Japan Soc Press Tokyo / S Kargo, Basel 1998. h. 23-260
