Mikroorganisme yang menyebabkan penyakit pada manusia dan hewan masuk ke dalam tubuh dengan berbagai cara. Secara umum mikroorganisme yang dapat menimbulkan penyakit disebut patogen. Patogen yang telah masuk akan menimbulkan penyakit dengan pelbagai mekanisme. Segala macam mikroorganisme yang menginvasi vertebrata akan berhadapan dengan imunitas sebagai pertahanan pertama yang terjadi beberapa menit setelah infeksi. Imunitas adaptif akan timbul apabila pertahanan pertama ini tidak mampu mengeliminasi patogen yang masuk.
Imunitas innate spontan (cepat: 0-4 jam)
Imunitas innate tidak spontan (segera: 4-96 jam)
Respon imunitas adaptive (lambat: > 96 jam)
Infeksi
Infeksi
Infeksi
Pengenalan oleh efektor nonspesifik
Perekrutan sel efektor
Transpor antigen menuju organ limfoid
Pemusnahan agen penginfeksi
Pengenalan, aktifasi sel efektor
Pengenalan oleh sel T dan B naive
Ekspansi klon dan diferensiasi sel
efektor
Pemusnahan agen penginfeksi Pemusnahan agen
penginfeksi
Pertahanan pertama tidak dapat menuntaskan tugasnya antara lain karena besarnya jumlah invader yang masuk, cacat genetik, maupun lemahnya sistem pertahanan itu sendiri akibat kurang gizi. Sel$sel epitel pada permukaan tubuh mempunyai peran penting sebagai penghalang masuknya mikroorganisme dalam tubuh. Sekresi kelenjar minyak maupun keringat juga mempunyai peran dalam sistem pertahanan pertama. Makrofag dan neutrofil merupakan komponen selluler pertahanan pertama yang bersifat fagosit, sedangkan NK berperan sebagai sitotoksik pada pertahanan pertama. NK merupakan sel yang memiliki jalur sama dengan sel limfosit hanya saja tidak mempunyai antigen khusus yang dikenali pada targetnya. NK mengenali sel yang mengalami kanker dengan cara mendeteksi penurunan ekspresi molekul MHC.
Mamalia rentan terhadap infeksi patogen. Patogen pada awalnya mengadakan kontak dengan host, selanjutnya menyebabkan infeksi dan sakit pada host. Satu patogen dengan yang lain mempunyai perbedaan struktur yang sangat besar pada molekul permukaan dan cara melakukan infeksi, sehingga diperlukan strategi yang berbeda dalam tubuh host untuk melakukan sistem pertahanan. Garis pertama pertahanan tubuh telah tersedia dan siap menghalangi dan menolak invader setiap saat. Permukaan sel$sel epitel menyebabkan patogen tetap berada di luar dan sulit mengadakan penetrasi. Kulit misalnya, menghalangi penempelan patogen dengan cara menghasilkan enzim antimikrobia dan peptida. Kulit juga menghasilkan minyak yang dapat membunuh beberapa patogen. Virus, bakteri, dan parasit yang berhasil menjebolkan pertahanan pertama akan segera berhadapan dengan makrofag pada jaringan. Makrofag mempunyai reseptor permukaan yang dapat mengikat dan memfagosit bermacam$macam patogen. Peristiwa ini pada gilirannya akan menyebabkan respon inflamasi yang dapat menyebabkan terjadinya akumulasi protein plasma, termasuk komponen
komplemen yang menjadi bagian , dan aktivitas
fagosit oleh neutrofil pada daerah infeksi. Imunitas merupakan
garis pertahanan pertama yang secara langsung dapat bekerja
nonspesifik jika ada patogen yang masuk. Imunitas ini tidak
berubah kemampuannya jika pada waktu yang lain terinfeksi baik patogen yang sama maupun berbeda, karena tidak mempunyai
tidak berhasil mengeliminasi agen penginfeksi, makrofag dan sel
lain yang telah teraktivasi pada respon akan segera membantu
inisiasi respon imunitas adaptif.
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tubuh dipertahankan
dengan imunitas , tetapi sistem tersebut hanya mengontrol
patogen yang mempunyai susunan molekul tertentu atau patogen tersebut menginduksi tersintesisnya interferon atau molekul efektor
lain. Imunitas tidak membentuk memori dan imunitas ini
bekerja dengan reseptor yang dikode di dalam genom. Imunitas sangat penting untuk menjaga agar patogen tidak berkembang bebas
di dalam tubuh, namun imunitas tidak memiliki sifat yang
dimiliki inunitas adaptif. Imunitas adaptif memiliki memori yang bertahan dalam waktu sangat lama terhadap antigen spesifik. Untuk mengenali dan melawan patogen yang memiliki diversitas tinggi, limfosit sebagai komponen imunitas adaptif telah berkembang dan dapat mengenali diversitas yang tinggi dari antigen bakteri, virus, dan organisme penyebab penyakit lainnya. Molekul pengenalan sel B adalah imunoglobulin, Ig. Imunoglobulin diproduksi oleh sel B dalam keadaan yang sangat beragam sesuai dengan keragaman antigen. Setiap sel B memproduksi imunoglobulin tunggal. Imunoglobulin yang berada pada permukaan sel berfungsi sebagai reseptor sel untuk
suatu antigen yang disebut (BCR). Imunoglobulin
disekresi dalam bentuk antibodi yang dihasilkan oleh sel plasma yaitu sel B yang teraktivasi. Sekresi antibodi yang mengikat patogen atau substansi beracun yang diproduksi patogen pada ekstraselluler, merupakan peranan utama sel B pada imunitas adaptif.
antibodi, satu bagian terspesifikasi untuk mengenali dan mengikat patogen atau antigen, sedangkan bagian lain terlibat pada mekanisme efektor lain. Sisi ikatan pada molekul antigen mempunyai variasi yang sangat beragam yang selanjutnya dikenal sebagai daerah variabel. Keberagaman antibodi memungkinkan pengenalan antigen yang berbeda$beda, dan populasi keseluruhan (repertoire) antibodi yang terbuat pada setiap individu keragamannya demikian besar untuk memastikan bahwa setiap struktur antigen asing akan ada yang mengenali. Bagian antibodi yang terlibat untuk fungsi efektor pada sistem imun tidak mempunyai variasi sebagaimana bagian variabel sehingga bagian tersebut disebut bagian konstan. Bagian konstan ini memiliki lima bentuk utama, yang mana setiap bentuk berfungsi untuk mengaktifkan mekanisme efektor yang berbeda. Reseptor sel B yang berikatan dengan membran tidak mempunyai fungsi efektor, karena bagian konstan tetap berada di dalam membran sel B. Bagian konstan yang berada di dalam membran sel berfungsi mentransmisi signal yang menyebabkan sel B teraktivasi dan terjadinya ekspansi klon dan produksi antibodi spesifik, ketika variabel mengikat antigen yang spesifik. Molekul yang digunakan sel T untuk mengenal antigen merupakan protein yang terikat pada membran dan berfungsi sebagai pemberi signal pada sel T sehingga mengalami aktivasi. Molekul itu selanjutnya disebut reseptor sel T (T$cell receptor/TCR). TCR sangat dekat hubungannya dengan imunoglobulin baik pada struktur molekulnya yang mempunyai bagian variabel (V region) dan bagian konstan (C region) maupun pada mekanisme pembentukan diversitas molekul yang sangat tinggi. Namun demikian reseptor sel T mempunyai perbedaan penting dengan reseptor sel B, dimana reseptor sel T tidak dapat mengenali dan mengikat antigen secara langsung. Reseptor sel T hanya mengenali fragmen peptida pendek dari protein patogen yang terikat molekul MHC pada permukaan sel lain. Molekul MHC merupakan glikoprotein yang disandi oleh gen dalam klaster yang besar yang disebut
patogen. Reseptor sel T mengenali peptida patogen maupun sifat dari molekul MHC yang mengikat peptida itu. Pengenalan dengan cara ini memberikan dimensi patogen yang lebih spesifik pada TCR yang
dikenal dengan istilah restriksi MHC ( ). Istilah ini
sangat tepat karena semua reseptor sel T bersifat spesifik tidak saja pada peptida antigen asing, namun juga terkait kombinasi antara peptida dengan molekul MHC. Meskipun sel B dan sel T mengenali molekul asing dengan cara yang berbeda, namun kedua reseptor sel tersebut mempunyai struktur yang sama.
ikatan disulfida
karbohidrat
N-terminal
C-terminal daerah variabel
daerah konstan ikatan disulfida sisi ikatan antigen
Antibodi merupakan reseptor sel B yang disekresi, sehingga identik dengan reseptor sel B itu sendiri kecuali pada C$terminal dari bagian konstan rantai berat. Pada reseptor sel B, C$terminal pada membran berupa squence yang bersifat hidrofobik, dan pada antibodi C$terminal berupa squence yang bersifat hidrofilik yang memungkinkan terjadinya sekresi molekul tersebut. Antibodi bersifat terlarut dan disekresi dalam jumlah yang besar sehingga mudah diperoleh dan mudah dipelajari. Molekul antibodi secara garis besar digambarkan sebagi huruf ”Y”. Tiga skema struktur antibodi yang diperoleh dari sinar$X kristalografi diperlihatkan pada Gambar 21. Semua antibodi disusun dengan cara yang sama dari pasangan polipeptida rantai berat dan ringan dan secara umum protein itu dinamakan imunoglobulin. Secara umum imunoglobulin dibagi menjadi lima kelas yang berbeda yakni: IgM, IgD, IgG, IgA, dan IgE yang dapat dibedakan pada bagian konstannya (C region).
. Setiap molekul imunoglobulin tersusun atas rantai ringan dan rantai berat sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar. Rantai ringan dan rantai berat dihubungkan dengan ikatan disulfida sehingga setiap rantai berat berikatan dengan rantai ringan dan dua rantai berat saling berikatan satu sama lain.
Antibodi IgG merupakan molekul besar dengan berat molekul sekitar 150 kDa, terdiri dari dua rantai polipeptida yang berbeda. Rantai berat (rantai H) berkisar 50 kDa, sedangkan rantai
rantai ringan
rantai berat
!
Urutan asam amino rantai berat dan ringan dari suatu imunoglobulin telah diketahui dan menunjukkan dua sifat penting molekul antibodi. Pertama, masing$masing rantai terdiri dari urutan yang sama, meskipun tidak identik. Masing$masing tersusun atas 110 asam amino. Setiap pengulangan urutan asam amino berhubungan dengan kepadatan struktur protein yang menyusun setiap bagian imunoglobulin yang selanjutnya disebut domain. Rantai ringan tersusun oleh dua domain, sedangkan rantai berat IgG tersusun atas empat domain. Diduga rantai imunoglobulin berevolusi dengan mengadakan duplikasi gen yang awalnya berupa domain tunggal. Sifat penting kedua yang ditunjukkan oleh urutan asam amino terminal pada rantai ringan dan rantai berat adalah adanya perbedaan urutan asam amino yang sangat menyolok pada setiap antibodi yang dihasilkan oleh klon sel B yang berbeda. Asam amino terminal pada
daerah variabel baik dari rantai ringan maupun berat (VL dan VH)
secara bersama$sama membentuk bagian V antibodi yang menentukan kemampuannya mengikat antigen spesifik. Domain
konstan dari rantai ringan dan berat (CL dan CH) akan membentuk
bagian konstan (C region) antibodi.
" # $ %
$
Domain protein yang digambarkan di atas berhubungan satu sama lain membentuk domain globular. Suatu antibodi terdiri atas tiga protein globular yang mempunyai ukuran yang sama yang
digabungkan oleh polipeptida yang disebut . Setiap lengan
dari bentuk ”Y” dibentuk dari gabungan rantai ringan dengan amino terminal yang separuhnya berasal dari rantai berat. Badan ”Y” dibentuk dari bagian yang sama dari dua rantai berat. Gabungan
rantai ringan dan berat berupa pasangan, contohnya domain VL dan
VH, demikian juga domain CH1 dan CL. Domain CH3 berpasangan
dengan domain yang sama$sama berasal dari rantai berat, sedangkan
domain CH2 tidak berinteraksi satu sama lain. Pada domain CH2
dan VH pada ujung lengan ”Y”. Enzim proteolitik (protease) yang
dapat memecah urutan polipeptida digunakan untuk menganalisis molekul antibodi dan digunakan untuk menentukan fungsi bagian$ bagian molekul tersebut. Pemecahan molekul antibodi dengan menggunakan protease papain akan menghasilkan tiga fragmen. Dua fragmen mempunyai sifat identik yang berfungsi sebagai sisi ikatan untuk antigen. Fragmen ini selanjutnya disebut fragmen Fab, yang
menyatakan kependekan dari . Fragmen Fab
berupa dua lengan yang identik dari molekul antibodi. Fragmen Fab terdiri dari seluruh molekul rantai ringan berpasangan dengan domain
VH dan CH1 dari rantai berat. Fragmen lain berupa molekul yang tidak
mengandung sisi ikat terhadap antigen dan fragmen tersebut mudah menjadi kristal (crystallize readily) sehingga disebut fragmen Fc, yang
menyatakan kependekan dari . Fragmen Fc
merupakan pasangan domain CH2 dan CH3 dan merupakan bagian
molekul antibodi yang berinteraksi dengan molekul efektor dan sel. Perbedaan fungsi di antara isotipe rantai berat terletak pada fragmen Fc. Fragmen protein yang diperoleh setelah proteolisis ditentukan oleh letak pemutusan molekul antibodi oleh enzim proteolitik itu yang berhubungan dengan ikatan disulfida pada dua rantai berat.
Ikatan disulfida itu terletak pada bagian hinge antara domain CH1 dan
CH2. Papain membelah molekul antibodi pada asam amino terminal
Pembelahan antibodi oleh enzim papain
Pembelahan antibodi oleh enzim pepsin
Fab Fab
Fc
(Fab’)2
pFc’
! "
# . Papain memotong molekul imunoglobulin menjadi tiga bagian: dua fragmen Fab dan satu fragmen Fc. Fragmen Fab berisi bagian V (variabel) yang berfungsi mengikat antigen. Fragmen Fc merupakan fragmen yang mudah menjadi kristal dan berisi bagian C (konstan). Pepsin memotong molekul imunoglobulin menghasilkan satu fragmen F(ab’)2 dan banyak fragmen kecil Fc. Fragmen paling besar disebut
pFc’. F(ab’)2 ditulis dengan tanda kurung sebab berisi sedikit lebih banyak asam
amino daripada Fab, termasuk sistein yang membentuk ikatan disulfida.
ragmen $ariabel. Molekul Fv berpotensi menjadi agen terapi karena ukurannya yang kecil sehingga memungkinkan menembus jaringan dengan mudah. Molekul semacam ini bisa digabungkan dengan protein toksin yang menghasilkan imunotoksin yang berpotensi untuk aplikasi klinik, misalnya pada terapi tumor jika molekul Fv spesifik untuk antigen tumor.
% & ' ( )
*
Sudut antara lengan adalah 0o
Sudut antara lengan adalah 60o Sudut antara lengan adalah 90o
+ ,
Suatu antigen yang terdiri dari dua molekul hapten yang dapat melakukan ikatan silang ( ) pada sisi ikat yang terletak pada antibodi digunakan untuk membentuk komplek antigen:antibodi, dapat diamati dengan mikroskop elektron. Bentuk linier, segi tiga, dan segi empat dapat diamati. Sudut yang dibentuk antar lengan antibodi sangat bervariasi, yang menunjukkan bahwa hubungan antar lengan sangat fleksibel (sumber: Murphy, 2008)
& %
untuk membentuk masing$masing helai β dan bagaimana rantai tersebut membentuk loops yang fleksibel dan dapat dengan mudah berganti arah. Perbedaan utama antara domain V dan C adalah bahwa domain V lebih besar dan mempunyai gulungan lebih banyak. Pada molekul imunoglobulin loop yang fleksibel dari domain V membentuk sisi ikatan dengan antigen. Banyak asam amino yang umumnya menyusun domain C dan V dari suatu rantai imunoglobulin menempati pusat pelipatan dan sangat penting untuk menjaga stabilitas imunoglobulin. Oleh karena itu, protein yang mempunyai urutan sama dengan yang ada pada imunoglobulin diduga membentuk domain yang sama dengan imunoglobulin. Dugaan tersebut selama ini telah dibuktikan dengan pengamatan menggunakan teknik crystallography. Domain yang mempunyai kemiripan dengan imunoglobulin itu banyak ditemukan pada protein yang terlibat pada sistem imun dan pada protein yang terlibat pada pengenalan pada sistem syaraf dan jaringan lain. Imunoglobulin dan reseptor sel T termasuk superfamili imunoglobulin. Molekul antibodi IgG tersusun atas empat macam rantai polipeptida, yang terdiri dari dari dua rantai ringan yang identik dan rantai berat yang identik pula. IgG membentuk struktur yang fleksibel menyerupai huruf “Y”. Setiap rantai dari keempat rantai yang ada mempunyai bagian variabel (V) pada ujung asam amino penyusunnya yang berfungsi sebagai sisi ikatan dengan antigen. Di samping bagian variabel pada setiap rantai ada bagian konstan (C) yang menentukan isotipe. Isotipe dari rantai berat menentukan fungsi dan sifat suatu antibodi. Rantai ringan berikatan dengan rantai berat dengan ikatan non$kovalen dan dengan ikatan disulfida. Bagian V dari rantai berat dan ringan membentuk pasangan yang menyusun kedua lengan antibodi sebagai sisi ikatan antigen yang terletak pada ujung lengan ”Y”. Dua lengan yang dimiliki molekul imunoglobulin memungkinkan terjadinya ikatan silang pada antigen (cross$link) dan dapat mengikat antigen lebih stabil. Bagian badan dari ”Y”, atau fragmen Fc tersusun atas domain carboxy$terminal dari rantai berat. Bagian lengan dan badan dari molekul imunoglobulin dihubungkan dengan bagian yang sangat
fleksibel yang disebut bagian . Fragmen Fc dan bagian hinge
Domain rantai ringan C Domain rantai ringan V
Penyusunan strand β
ikatan disulfida
N-terminal
strand β
C-terminal
strand β
ikatan disulfida ikatan disulfida
- ) $ Panel atas
Sebelumnya telah dijelaskan struktur molekul antibodi dan bagaimana bagian V dari rantai ringan dan berat melipat dan berpasangan untuk membentuk sisi ikat antigen. Dalam bab ini akan dijelaskan berbagai macam cara antigen berikatan dengan molekul antibodi dan sekaligus menjawab pertanyaan bagaimana variasi urutan domain V dari antibodi dapat menentukan antigen spesifik. Bagian V dari molekul antibodi berbeda satu sama lain. Namun keragaman urutan asam amino dari bagian V molekul antibodi tidak terjadi pada seluruh segmen V, tetapi terfokus pada bagian tertentu dari domain itu. Distribusi asam amino pada daerah variabel dapat diamati pada yang diilustrasikan pada Gambar 26. Pada gambar tersebut urutan asam amino dari berbagai macam antibodi dibandingkan. Tiga segmen yang berbeda dari daerah variabel yang
berasal dari domain VL dan VH dapat diidentifikasi. Segmen tersebut
ditunjukkan dengan daerah hipervariabel dan dinotasikan dengan HV1, HV2, dan HV3. Pada rantai ringan hipervariabel itu berasal dari residu urutan asam amino berturut$turut: 28$35, 49$59, dan 92$103. Bagian domain yang paling banyak berubah$ubah adalah HV3. Bagian domain V yang terletak di antara hipervariabel yang bersifat lebih permanen dan tidak banyak berubah adalah bagian kerangka (framework region). Pada setiap domain V ada empat bagian kerangka yaitu FR1, FR2, FR3, dan FR4. Bagian kerangka membentuk helaian β yang menyebabkan terbentuknya struktur rangka pada domain, dimana urutan asam amino pada hipervariabel berhubungan dengan tiga gelung pada tepi luar silinder β, yang berdampingan pada domain yang melipat. Keragaman urutan asam amino tidak saja terfokus pada tempat tertentu pada domain V, tetapi juga terlokalisasi pada tempat tertentu pada permukaan molekul. Jika
domain VL dan VH berpasangan pada molekul antibodi, gulungan
ABS, sehingga kombinasi rantai berat dan ringan yang menentukan spesifikasi terhadap antigen bukan salah satu rantai. Jadi, satu cara sistem imun membentuk antibodi yang mempunyai spesifikasi yang berbeda dengan cara membuat kombinasi yang berbeda pada rantai ringan dan berat pada bagian V. Cara menghasilkan keragaman ini
dikenal dengan istilah .
Daerah V rantai berat Daerah V rantai ringan
V
a
ri
a
b
e
li
ta
s
V
a
ri
a
b
e
li
ta
s
./ ( 0
'
( ) *
Pada penemuan awal adanya ikatan antigen dengan antibodi, satu$satunya sumber antibodi monoklonal adalah sel tumor yang mensekresi antibodi. Antigen yang menyebabkan sel tumor mensekresi monoklonal antibodi masih belum diketahui, sehingga banyak sekali senyawa yang harus disekrining untuk mengidentifikasi ligan yang dapat digunakan untuk mempelajari ikatan antigen. Secara umum substansi yang ditemukan berikatan dengan antibodi adalah
hapten seperti fosforilkolin atau vitamin K1. Analisis struktur antara
ikatan komplek antibodi dengan ligan hapten menjadi bukti langsung yang pertama bahwa hipervariabel membentuk
(ABS), dan menunjukkan dasar struktural adanya spesifikasi antara antibodi dengan hapten$nya. Setelah penemuan pembuatan monoklonal antibodi, sekarang memungkinkan membuat monoklonal antibodi dengan berbagai macam spesifikasi untuk suatu antigen. Penemuan$penemuan itu dapat menjelaskan dengan detail bagaimana antibodi berinteraksi dengan antigen. Permukaan molekul antibodi yang terbentuk dari CDR rantai ringan dan berat yang berdampingan memunculkan terjadinya ABS. Urutan asam amino pada CDR berbeda pada antibodi yang berbeda, sehingga struktur ABS pun berbeda pada setiap antibodi yang berbeda. Secara umum diketahui bahwa antibodi akan mengikat ligan yang mempunyai permukaan komplementer dengan molekul antibodi itu, khususnya dengan ABS. Antigen kecil seperti hapten atau peptida pendek umumnya menempati celah antara domain V dari rantai ringan dan berat pada molekul antibodi. Antigen lain contohnya molekul protein yang ukurannya sama atau lebih besar dari antibodi itu sendiri tidak dapat menempati celah yang ada pada ABS. Dalam hal ini molekul
pembentuk ABS yaitu VL dan VH memperluas permukaan melibatkan
Daerah V rantai ringan
sisi ikat antigen (ABS) Variabelitas
.1 * $ 0.
Daerah hipervariabel yang berada pada struktur domain V dapat dilihat bahwa hipervariabel terletak pada suatu tempat dengan struktur yang terlipat. Pada molekul antibodi, pasangan rantai ringan dan berat masing$masing membawa hipervariabel dan membentuk hipervariabel tunggal. Hipervariabel tunggal inilah yang menyusun terjadinya antigen$binding site (ABS, sisi ikat antigen) yang terletak pada ujung lengan molekul antibodi.
Fungsi biologi antibodi adalah untuk mengikat patogen dan produk yang dihasilkan patogen itu, dan untuk memfasilitasi pembuangan material tersebut dari tubuh. Antibodi secara umum mengenali bagian kecil saja dari molekul besar misalnya protein maupun polisakarida. Struktur yang dikenali antibodi ini biasanya
disebut atau (AD). Beberapa patogen
dapat membangkitkan sistem imun yang menghasilkan antibodi. Antibodi yang melawan virus mengenali protein selubung virus. Dalam hal ini, struktur yang dikenali antibodi itu terletak pada permukaan protein. Sisi yang dikenali antibodi itu tersusun dari asam amino dari bagian yang berbeda pada rantai polipeptida itu. AD
seperti yang disebut di atas dikenal dengan istilah atau
! sebab struktur yang dikenali tersusun atas segmen
protein yang diskontinyu dalam urutan asam amino antigen namun berada bersama pada struktur tiga dimensi. Sebaliknya epitop yang tersusun oleh segmen tunggal rantai polipeptida disebut kontinyu atau epitop liniar. Meskipun kebanyakan antibodi bekerja mengenali antigen secara utuh, dan merupakan protein yang mengenali epitop diskontinyu, namun beberapa hanya mengenali fragmen peptida protein. Sebaliknya, antibodi yang bekerja pada peptida suatu protein atau peptida sintetik yang mempunyai hubungan komplementer dengan antibodi itu biasanya dapat berikatan dengan protein alami. Sekarang telah mampu dibuat antibodi yang dibangkitkan dari peptida sintetik dengan tujuan membuat vaksin untuk melawan patogen.
. 2
antibodi: kiri berbentuk kantung, tengah berbentuk lekukan, dan kanan berbentuk permukaan luas. Di bawahnya merupakan contoh masing$masing tipe. Panel a: mewakili interaksi antigen peptida kecil dengan komplementer$nya (CDR) yang ada pada fragmen Fab yang terlihat masuk pada ABS. ABS dilihat dari posisi atas dan samping. Panel b: komplek antibodi:HIV, peptida berikatan pada lekukan yang tersusun atas domain V dari rantai ringan dan berat. Panel c: komplek "#$ . Permukaan molekul lisozim dilapisi pada ABS. Secara keseluruhan enam CDR antibodi terlibat pada ikatan komplek "#$ (sumber: Murphy, 2008).
+ &
Secara umum, ikatan van der Waals dan hidrofobik bekerja pada kisaran yang sangat pendek dan berperan untuk menarik secara bersama dua permukaan molekul yang saling komplementer satu sama lain. Jika yang satu merupakan celah yang lain harus bentukan pengisi celah itu agar terjadi ikatan yang cocok. Sebaliknya, interaksi elektrostatik antara sisi rantai yang bermuatan, dan ikatan hidrogen
yang menghubungkan atom oksigen dan atau nitrogen
mengakomodasi sifat khusus atau menghasilkan gugus reaktif dan menguatkan interaksi antigen:antibodi.
Ikatan non$
kovalen
Asal
Gaya
elektrostatik
Gaya tarik antar muatan yang berbeda
Ikatan hidrogen Hidrogen dipakai bersama
di antara atom
elektronegatif (N, O)
Gaya van der
Waals
Fluktuasi awan elektron di
sekitar molekul
mempolarisasi atom$atom di dekatnya pada arah yang berlawanan
Gaya hidrofobik Golongan hidrofobik
berinteraksi sangat lemah dengan air dan cenderung untuk mengumpul dan menolak molekul air. Gaya tarik guga melibatkan gaya van der Waals.
.. % " $
Pada peristiwa ikatan lisozim dari putih telur dengan antibodi D1.3, ikatan hidrogen yang kuat terbentuk antara antibodi dan
glutamin yang menjulur antara domain VH dan VL. Lisozim dari ayam
hutan dan burung kalkun mempunyai asam amino pada glutamin dengan tempat yang berbeda dan tidak dapat berikatan dengan antibodi D1.3. Pada komplek lisozim putih telur dengan antibodi HyHe15, dua jembatan garam antara dua basa arginin pada permukaan lisozim berinteraksi dengan asam glutamat, salah satu
asam glutamat itu berasal dari gulungan VHCDR1 dan CDR2.
Lisozim yang tidak mempunyai satu dari dua macam arginin menunjukkan afinitas 1000 kali lebih rendah dari lisozim yang mempunyai kedua$nya. Meskipun adanya komplementer memegang peranan sangat penting pada interaksi antigen:antibodi, interaksi elekstrostatik dan ikatan hidrogen nampaknya menjadi penentu afinitas antibodi. Pada antibodi yang telah dipelajari dengan seksama menunjukkan bahwa hanya sedikit residu yang dapat memberikan kontribusi utama pada energi ikatan.
. 4
#
)1 . Interaksi fragmen Fab D1.3 dengan lisozim putih telur ayam. Masing$masing bagian ditunjukkan pada gambar. Residu glutamin menonjol antara dua domain V dari ABS dan membuat ikatan hidrogen yang penting untuk terjadinya ikatan antigen$antibodi (sumber: Murphy, 2008).
rantai ringan
lisozim rantai
berat
Analisis pada komplek antigen:antibodi menggunakan sinar X
–kristalografi menunjukkan bahwa bagian hipervariabel
( ) dari bagian V suatu imunoglobulin
menentukan spesifikasi antibodi. Molekul antibodi melakukan kontak dengan antigen pada permukaan antigen yang membawa komplementer antibodi itu. Interaksi elektrostatik, ikatan hidrogen, gaya van der Waals, dan interaksi hidrofobik secara keseluruhan dapat mendukung terjadinya ikatan antigen dan antibodi. Rantai asam amino pada sebagian besar atau seluruh hipervariabel melakukan kontak dengan antigen dan menentukan baik spesifikasi maupun afinitas interaksi. Bagian lain dari V region memainkan peranan kecil pada kontak langsung dengan antigen namun memberi kontribusi atas stabilnya struktur kerangka hipervariabel di samping membantu penentuan posisi dan konformasi hipervariabel itu. Antibodi mengikat protein antigen pada permukaan protein melalui kontak dengan residu yang diskontinyu pada struktur molekul protein antigen itu. Antibodi juga dapat mengikat fragmen peptida yang berasal dari digesti protein, sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi asal$usul protein. Peptida yang berikatan dengan antibodi menempati celah di antara bagian V rantai ringan dan berat, dimana peptida itu melakukan kontak dengan sebagian hipervariabel dan tidak perlu seluruh hipervariabel terlibat. Model di atas juga berlaku untuk mengikat antigen yang berupa karbohidrat dan molekul kecil seperti hapten. Ikatan antibodi dengan antigen pada aspek biologi mahluk hidup ditujukan untuk membantu eliminasi patogen yang menginfeksi.
Sel T dapat mendeteksi adanya patogen intraselluler setelah sel yang terinfeksi mempresentasikan fragmen peptida asing yang berasal dari protein patogen. Peptida asing ini diangkat ke permukaan sel oleh glikoprotein yang merupakan molekul khusus pada host yang fungsinya telah terspesialisasi. Glikoprotein ini disandi oleh gen yang sangat panjang yang pertama kali teridentifiaksi pada transplantasi organ. Glikoprotein ini mempunyai efek sangat kuat pada reaksi imunitas pada kasus transplantasi organ. Oleh karena itulah gen penyandi itu dinamakan major histocompatibility complex (MHC), dan glikoprotein yang mengikat peptida itu disebut molekul MHC. Pengenalan antigen dalam bentuk fragmen peptida kecil yang terikat oleh molekul MHC dan dipresentasikan pada permukaan sel merupakan ciri khusus yang dimiliki sel T dan tidak pada sel B. Sel T mempunyai reseptor (TCR~T cell receptor) yang sangat besar variasinya sehingga sel T dapat diandalkan perannya dalam membantu eliminasi berbagai macam patogen. Struktur gen yang menyandi TCR mempunyai hubungan yang sangat dekat dengan gen yang menyandi molekul antibodi. Namun demikian ada perbedaan yang sangat penting antara TCR dan imunogobulin yang terefleksi pada cara pengenalan antigen oleh TCR, dan TCR tidak pernah menjadi molekul efektor sebagaimana yang terjadi pada molekul imunoglobulin.
$ $
sehingga terjadi transkripsi dan selanjutnya translasi. Contoh antibodi agonist ini adalah anti$CD3. Ikatan anti$CD3 terhadap molekul CD3 dapat digunakan untuk mengaktifkan sel T, yaitu berperan mengganti interaksi TCR dengan MHC:peptida, apabila peptida spesifik itu tidak diketahui. Sebaliknya, antibodi dapat bersifat sebagai antagonist, yaitu menghambat terjadinya ikatan reseptor dengan ligannya, karena reseptor yang pada keadaan normal akan berikatan dengan ligannya telah diblok oleh antibodi itu dengan ikatan yang spesifik. Ikatan antibodi pada reseptor ini dapat menghambat fungsi alami
ligan:reseptor. Antibodi dengan berbagai macam sifat ini ( )
akhirnya dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa setiap sel T mempunyai TCR kurang lebih sebanyak 30.000 molekul yang presis sama pada permukaan sel. Setiap reseptor terdiri dari dua rantai
polipeptida yang berbeda yakni % α (TCRα) dan β (TCRβ)
rantai imunoglobulin di samping terdapat bagian hinge pendek yang terdiri dari residu sistein penyusun ikatan disulfida. Setiap rantai α:β menancap pada lipid bilayer dengan domain protein transmembran yang bersifat hidrofobik dan rantai (ekor) yang menembus sampai sitoplasma. TCR dalam bentuk tiga dimensi telah ditemukan. Struktur TCR pada dasarnya sama dengan fragmen Fab pada molekul antibodi. Lipatan rantai TCR mempunyai pola yang sama dengan fragmen Fab pada imunoglobulin meskipun pada akhirnya strukturnya nampak lebih pendek dan lebih luas. Namun ada perbedaan pada TCR dengan fragmen Fab. Perbedaan yang paling jelas antara keduanya bahwa pada TCR domain Cα tidak melipat sebagaimana yang terjadi pada rantai imunoglobulin. Separuh domain yang sejajar dengan domain Cβ membentuk alas β sama seperti yang terdapat pada imunoglobulin, namun separuh domain yang lain terbentuk dari gulungan yang renggang dan segmen α heliks yang pendek. Ikatan disulfida intramolekul yang pada imunoglobulin normalnya menggabungkan dua strand β, pada domain Cα menggabungkan strand β pada segmen α heliks.
,
Penyakit infeksi hanya akan terjadi apabila pertahanan
pertama (pertahanan ) tidak dapat mengatasi patogen yang
% (
Rute masuk Cara
penyebaran
Patogen Penyakit
Permukaan Mukosa
Lintasan Udara
Partikel terhidup oleh pernafasan Virus Influenza & Influenza Meningococca l meningitis Sistem pencernakan
Air atau makanan yang terkontaminasi ' Rotavirus Tipus Diarrhea
Sistem reproduksi Kontak fisik % Syphilis
Epitel eksternal
Permukaan luar Kontak fisik % Athlete’s foot
Luka dan lecet
Lecet kecil
kulit Luka tertusuk Menangani hewan terinfeksi ( Anthrax Tetanus Tularemia Gigitan serangga Gigitan
nyamuk ()
) Gigitan serangga Gigitan nyamuk () ) Flavivirus ( spp Demam kuning Penyakit lyme Malaria
. . Patogen dapat menginfeksi melalui berbagai macam rute.
cepat. Faktor lain yang menyebabkan rendahnya terjadi penyakit
infeksi adalah berjalannya imunitas jika invader berhasil
menerobos masuk jaringan. Rendahnya terjadinya infeksi ini menunjukkan betapa besar jumlah patogen yang tereliminasi setiap saat pada tubuh kita. Apabila patogen yang berhasil masuk pada tubuh kita sangat kuat atau sangat banyak akan memungkinkan
patahnya pertahanan dan akan terjadi infeksi yang bersifat lokal
dan selanjutnya bisa menyebar ke tempat lain. Penyebaran patogen selalu menimbulkan respon inflamasi yang disertai perekrutan sel$sel imunokompeten di samping molekul$molekul efektor yang berguna
untuk tujuan eliminasi patogen itu. Imunitas yang diinduksi
PELEKATAN PADAEPITEL INFEKSI LOKAL, PENETRASI PADA EPITEL
INFEKSI LOKAL PADA JARINGAN
IMUNITAS ADAPTIF
PERLINDUNGAN TERHADAP INFEKSI
Agen penginfeksi dibersihkan oleh antibodi spesifik, aktivasi makrofag oleh pengaruh sel T dan
sel T killer Komplemen
Fagosit, sitokin, sel NK Aktivasi makrofag Sel dendritik bermigrasi ke
lymph node untuk memulai imunitas adaptif Flora normal
Faktor kimia lokal Fagosit (terutama pada paru)
Penyembuhan luka diinduksi Protein dan peptida antimikrobia, fagosit, dan komplemen menghancurkan
mikroorganisme yang menginfeksi Aktivasi sel T
. % 5
. Pada gambar ini diilustrasikan mikroorganisme penginfeksi yang masuk melalui luka pada kulit. Agen penginfeksi pertama kali harus melekat pada sel epitel dan menembus sel itu. Sistem imun lokal dapat mencegah invader menetap ditempat itu dengan cara mengeliminasi. Imunitas juga dapat menahan penginfeksi. Imunitas dapat membawa agen penginfeksi menggunakan sel dendritik dan masuk pada lymph node terdekat. Sesampainya sel dendritik yang membawa agen penginfeksi pada lymph node, akan terjadi inisiasi imunitas adaptif yang berakhir dengan pembersihan host dari agen penginfeksi. Peranan sel T γδ pada mekanisme ini belum terjelaskan.
epitel internal dan luka pada permukaan kulit. Pentingnya epitel sebagai sistem pertahanan dapat dilihat dari kejadian luka bakar dan luka operasi. Pada dua kejadian ini infeksi bahkan sepsis menjadi penyebab utama mortalitas dan morbiditas (kematian dan penderitaan). Dalam keadaan normal tanpa luka, pada umumnya patogen menembus sel epitel dengan berikatan dengan molekul di permukaan sel epitel internal. Ikatan yang spesifik antara patogen dengan molekul yang ada di permukaan sel epitel internal memungkinkan patogen menginfeksi sel epitel itu bahkan merusaknya sehingga sel$sel epitel sebagai pertahanan pertama dapat dijebol. Pada patogen yang telah membuat koloni, ikatan patogen dengan molekul permukaan sel epitel mencegah tersapunya patogen baik oleh udara maupun cairan yang melewati permukaan epitel itu. Sel$sel epitel internal dikenal dengan dengan sebutan
sebab sel$sel tersebut mensekresikan mucus yaitu suatu cairan yang kental dan lengket. Mucus mengandung bermacam$macam
glikoprotein yang disebut . Pada dasarnya kesempatan
ini sangat lemah bakteri pada daerah lumen akan mengalami perkembangan sangat pesat dan memperbesar peluang terjadinya infeksi pada saluran pencernakan. Permukaan sel epitel tidak saja merupakan penghalang fisik bagi agen$agen penginfeksi, namun sel$ sel tersebut juga mensekresi substansi kimia yang bersifat antimikrobia atau mampu menghambat perkembangan bakteri. Enzim lisosom merupakan enzim antibakteri yang disekresi oleh kelenjar salifa dan kelenjar air mata. Lambung yang mempunyai kondisi keasaman dengan pH yang sangat rendah demikian juga alat pencernakan bagian atas dapat dijadikan penghalang terjadinya suatu
infeksi. Sel ( yang terletak pada dasar crypt pada usus halus
menghasilkan antibakteri dan anti jamur yaitu cryptidin atau α$
defensin. Sel Paneth tepatnya berada di bawah .
Antimikrobia lain yang berupa peptida, β$defensins, dibuat pada epitel lain, terutama pada kulit dan sepanjang saluran pernafasan. Peptida antimikrobia mempunyai peranan pada sistem pertahanan, termasuk imunitas pada gigitan serangga. Peptida$peptida yang disebut di atas umumnya bersifat kation yang dapat membunuh bakteri dengan merusak membran sel. Tipe antimikrobia lain dapat berupa protein yang disekresi ke dalam cairan yang melapisi permukaan epitel pada paru$paru. Cairan tersebut berisi dua macam protein yakni protein A dan D yang mampu berikatan dan melingkupi patogen. Pengikatan dan pelingkupan patogen tersebut memudahkan kerja makrofag untuk memfagositnya. Makrofag umumnya meninggalkan jaringan subepitelial dan masuk alveoli paru$paru. Penyelubungan partikel dengan protein untuk memfasilitasi proses
fagositosis disebut Selain pertahanan yang telah disebutkan
sebelumnya, kebanyakan permukaan epitelial bersentuhan dengan flora non$patogen yang berkompetisi dengan mikroorganisme patogen dalam perolehan nutrisi maupun domisili pada permukaan sel. Flora normal dapat menghasilkan zat antimikrobia seperti
colicins berupa protein yang diproduksi oleh * . Colicins
Peranan Epitel Sebagai Penghalang Infeksi
Mekanik Sel epitel disatukan dengan
Aliran udara dan cairan menembus epitel Pergerakan mukus oleh silia
Kimia Asam lemak (kulit)
Enzim: Lisosom (saliva, keringat, air mata) pepsin (usus)
Peptida antibakteri; defensin (kulit, usus); cryptidins (intestin)
Mikrobiologi Flora normal berkompetisi dengan bakteri
patogen untuk memperoleh makanan dan melekat pada epitel dan dapat menghasilkan substansi antibakteri
. Permukaan epitel merupakan pelindung mekanik, kimia, dan penghalang langsung bagi agen penginfeksi.
$
Makrofag akan segera mengenali mikroorganisme yang berhasil menembus epitel. Makrofag umumnya menempati jaringan$ jaringan dan segera mengeliminasi mikroorganisme yang berusaha mengadakan penggandaan. Makrofag merupakan bentuk dewasa monosit yang meninggalkan sirkulasi darah dan menempati jaringan$ jaringan di seluruh tubuh. Makrofag ditemukan dalam jumlah yang banyak pada jaringan$jaringan pengikat, terutama pada alat pencernakan, interstitium dan alveoli paru$paru, sepanjang pembuluh
darah tertentu pada hati yang dikenal dengan nama sel + , pada
seluruh jaringan limpa yang berperan untuk menghancurkan sel darah yang sudah tua. Makrofag dikenal sebagai fagosit mononuklear. Fagosit kedua yang sangat penting adalah neutrofil. Neutrofil merupakan fagosit polimorfonuklear yang mempunyai umur pendek dan sangat besar jumlahnya pada darah namun tidak ditemukan pada jaringan individu normal. Baik makrofag maupun neutrofil kedua$
duanya sangat penting pada imunitas karena keduanya dapat
Makrofag dan neutrofil mengenali patogen dengan menggunakan reseptor pada permukaan sel yang dapat membedakan antara antigen asing dan self$antigen. Reseptor mannosa yang terdapat pada makrofag tidak terdapat pada monosit atau neutrofil. Reseptor scavenger yang mengikat ligan$ligan bermuatan dan CD14 yang merupakan reseptor lipopolysacharide (LPS) bakteri ditemukan baik pada makrofag maupun monosit. Patogen dapat berinteraksi dengan makrofag dan neutrofil melalui reseptor komplemen yang berada pada kedua sel tersebut. Sistem komplemen dapat teraktivasi dengan cepat oleh adanya infeksi dan membentuk protein komplemen yang berfungsi mengopsonisasi patogen yang masuk jaringan. Ligasi reseptor permukaan yang berada pada permukaan sel fogosit dengan patogen menyebabkan terjadinya proses fagositosis yang diikuti kematian patogen akibat reaksi enzim proteolitik. Fagositosis merupakan proses aktif, dimana patogen yang terikat segera dikelilingi oleh membran sel fagosit dengan penjuluran sitoplasma dan segera diinternalisasi ke dalam vesikel bermembran yang disebut fagosom. Di samping bersifat fagosit makrofag dan neutrofil mempunyai granula lisosom yang berisi enzim, protein, dan peptida yang memperantarai respon antimikrobia intraselluler. Fagosom dapat mengadakan fusi dengan beberapa lisosom membentuk fagolisosom. Pada fagolisosom ini kandungan lisosom dikeluarkan untuk menghancurkan patogen. Selama proses fagositosis, makrofag dan neutrofil menghasilkan molekul toksik untuk membantu pembunuhan mikroorganisme yang ditelan oleh sel$ sel tersebut. Molekul toksik yang paling penting adalah hidrogen
peroksida (H2O2), anion superoxide (O2
$), dan (NO), yang
langsung meracuni bakteri. Produk$produk toksik tersebut dihasilkan oleh oksidasi NADPH yang berada pada lisosom dan enzim lain
melalui proses yang disebut . Peristiwa ini diikuti
Sebagai konsekuensinya sel fagosit tidak mampu membunuh mikroorganisme yang ditelan dan tidak dapat mengeliminasi patogen. Seseorang dengan kondisi genetik tersebut sangat rentan pada infeksi baik bakteri maupun jamur, terutama pada bayi. Makrofag dapat merespon dengan cepat mikroorganisme yang masuk, dan hal ini sangat penting untuk menghindari menetapnya patogen. Sejak awal perkembangan imunologi para ilmuwan percaya bahwa makrofag berperan pada setiap sitem pertahanan. Saat ini lebih jelas bahwa invertebrata seperti bintang laut hanya menggunakan makrofag sebagai sistem pertahanan untuk melawan infeksi. Walaupun kejadian yang ada pada invertebrata bukan permasalahan pada manusia maupun vertebrata lain, namun membuktikan bahwa makrofag
merupakan respon yang menjadi pertahanan paling depan
untuk mengatasi invasi mikroorganisme pada suatu individu.
Makrofag mngekspresikan reseptor untuk berbagai
konstituen bakteri
reseptor manosa
reseptor glukan
reseptor scavenger
TLR-4 reseptor LPS (CD14)
Ikatan bakteri pada reseptor makrofag menginisiasi sekresi sitokin dan
lipid yang memediasi inflamasi
mediator Inflamasi (lipid)
sitokin
lisosom
fagolisosom fagosom
Makrofag menelan dan mencerna bakteri
kemokin
.+
Mekanisme Produk spesifik
Asidifikasi pH= ~3.5 $4.0, bakteriostatik atau
bakteriosida Produk toksik yang
berasal dari oksigen
Superoksida O2
$, hidrogen peroksida H
2O2,
oksigen singlet •
2 1
O , radikal hidroksil OH•,
OCl hipohalit
Nitrogen oksida
toksik
Oksida nitrit NO
Peptida antimikrobia Protein defensin dan kationik
Enzimatis Lisozime yang melarutkan dinding sel
beberapa bakteri gram positif. Asam hidrolase, menghancurkan bakteri
Kompetitor Lactoferrin (mengikat Fe) dan protein yang
mengikat vitamin B12
.- 2 6 7
8 . Sebagian besar
agen bakteriosida dihasilkan oleh makrofag dan neutrofil. Beberapa agen bakteriosida bersifat toksik, sedangkan yang lain contohnya lactoferrin, bekerja dengan cara mengikat nutrisi essensial dan mencegah nutrien itu dikonsumsi bakteri. Beberapa substansi dapat dilepaskan sel fagosit dan berinteraksi dengan larva cacing parasit yang telah diselubungi antibodi dan juga berinteraksi dengan jaringan host. Karena agen tersebut mampu berinteraksi dengan sel host dan juga memberi efek toksik pada jaringan host, aktivasi sel fagosit dapat menimbulkan kerusakan pada jaringan host selama proses infeksi.
terjadinya sekresi sitokin dengan adanya signal yang merambat dari ikatan reseptor pada sel fagosit dengan antigen. Reseptor yang memberikan signal adanya antigen dan menyebabkan sekresi sitokin itu juga penting untuk membangkitkan ekspresi molekul kostimulator pada makrofag dan sel dendritik. Sel dendritik termasuk sel fagosit yang berada pada jaringan. Terekspresinya molekul kostimulator memudahkan inisiasi imunitas adaptif. Sitokin yang dihasilkan makrofag mempunyai kontribusi penting pada inflamasi lokal dan respon imun non$adaptif beberapa hari setelah terjadinya infeksi.
,
Inflamasi merupakan kejadian penting pada sistem pertahanan tubuh. Inflamasi mempunyai tiga peranan penting untuk melawan infeksi. Pertama, inflamasi membantu rekrutmen molekul$ molekul efektor dan sel$sel imunokompeten pada daerah yang terinfeksi, sehingga memperbesar daya bunuh makrofag terhadap mikroorganisme invader. Molekul efektor dapat berupa sitokin, komplemen, maupun antibodi. Adanya molekul efektor terutama antibodi dan komplemen akan mengefektifkan kerja sel fagosit khususnya makrofag. Kedua, sebagai penghalang penyebaran infeksi, dan ketiga untuk memacu perbaikan jaringan yang luka. Inflamasi pada daerah infeksi dimulai dengan adanya respon makrofag terhadap patogen. Inflamasi mempunyai ciri$cri antara lain: rasa sakit, kemerahan, panas, dan membengkak pada daerah infeksi. Kejadian tersebut merupakan refleksi tiga perubahan pembuluh darah pada daerah yang terinfeksi itu. Pertama, bertambah besarnya diameter vascular, sehingga meningkatkan aliran darah di daerah itu. Berhubungan dengan membesarnya diameter vaskuler dan aliran darah yang cepat menyebabkan panas dan kemerahan. Kejadian ini akan menurunkan kecepatan aliran darah pada pembuluh darah kecil. Kedua meningkatnya ekspresi molekul adhesi pada sel endotel pembuluh darah. Peningkatan ekspresi molekul adhesi pada sel$sel endotel memudahkan melekatnya sel$sel leukosit menempel pada dinding$dinding endotel. Kombinasi antara ekspresi molekul adhesi dan lambatnya aliran darah pada pembuluh kecil memberi kesempatan leukosit menempel pada sel endotel dan bermigrasi masuk jaringan yang terinfeksi, proses ini dikenal dengan
makrofag yang mengalami aktivasi. Apabila inflamasi telah terjadi, sel yang pertama kali terekrut ke daerah inflamasi adalah neutrofil. Neutrofil diikuti oleh monosit, dan setelah berada di dalam jaringan, monosit akan segera berdiferensiasi menjadi makrofag. Pada tahap berikutnya sel darah putih yang lain seperti eosinofil dan sel$sel limfosit juga masuk ke daerah yang terinfeksi. Perubahan ketiga pada pembuluh darah di daerah infeksi adalah peningkatan permeabilitas vaskuler. Pada kejadian ini sel$sel endotel tidak lagi saling berikatan kuat satu sama lain, melainkan saling renggang satu sama lain sehingga cairan dan protein dalam darah akan keluar pembuluh dan terakumulasi pada jaringan. Hal ini menimbulkan bengkak (adema), rasa sakit, dan terjadi akumulasi protein plasma yang membantu sistem pertahanan. Perubahan di atas diinduksi oleh berbagai faktor inflamasi yang diproduksi akibat pengenalan suatu patogen. Di antara faktor inflamasi itu ada yang berupa lipid yang dibentuk oleh makrofag dengan cara degradasi membran fosfolipid. Degradasi membran lipid dilakukan dengan mekanisme enzimatis. Lipid tersebut meliputi leukotrienes, prostagladins, dan
(PAF). Kerja lipid yang memacu inflamsi segera diikuti oleh sitokin dan kemokin yang disintesis dan disekresi makrofag yang teraktivasi oleh patogen. Salah satu sitokin yang diproduksi makrofag adalah tumor$necosis factor$α (TNF$ α) yang sangat penting peranannya sebagai aktivator sel endotel. Pengenalan patogen juga memicu terjadinya inflamasi melalui jalur komplemen. Salah satu substansi penting yang dihasilkan setelah reaksi komplemen adalah C5a. C5a merupakan peptida yang memperantarai terjadinya inflamasi dengan berbagai macam aktivitas. C5a selain meningkatkan permeabilitas vasculer dan ekspresi molekul adhesi juga berfungsi sebagai untuk menarik neutrofil dan monosit, serta
mengaktifkan sel dan fagositosis. Pengaruh C5a terhadap sel$sel
menyebabkan influx/aliran protein plasma pada daerah yang terluka. Kerja bradykinin juga menyebabkan rasa sakit, sehingga penderita merasa tidak nyaman, dan bahkan menyebabkan bagian tubuh sulit untuk digerakkan. Keadaan ini penting untuk menjaga agar penyebaran agen penginfeksi dapat dibatasi. Kedua, sistem koagulasi, yaitu sistem enzimatis pada enzim plasma yang dipicu oleh kerusakan pembuluh darah. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penggumpalan yang dapat menghalangi masuknya mikroorganisme ke dalam aliran darah. Dua sistem di atas sangat penting pada respon inflamasi terhadap patogen meskipun tidak terjadi luka pada jaringan, sebab keduanya juga terpicu oleh aktivasi sel endotel. Dalam hitungan menit setelah terjadinya penetrasi patogen pada jaringan, akan segera terjadi respon inflamasi yang menyebabkan terjadinya aliran protein dan sel yang berguna untuk mengontrol infeksi. Respon inflamasi itu juga merupakan penghalang langsung bagi penyebaran infeksi dan membuat host menyadari kejadian yang sedang berlangsung pada tubuh.
Komplemen merupakan komponen plasma darah yang tidak stabil oleh pemanasan. Komplemen membantu opsonisasi bakteri oleh antibodi sehingga antibodi dapat membunuh bakteri. Pada penemuan pertama, komplemen dianggap efektor yang merupakan bagian mekanisme kerja antibodi, namun akhirnya diketahui bahwa komplemen dapat diaktifkan pada awal terjadinya infeksi walaupun tidak terdapat antibodi. Hal ini dapat diketahui pada percobaan
dengan model mencit RAG$/$ yang tidak memiliki sel B. Saat ini sudah
terjelaskan bahwa komplemen merupakan bagian imunitas .
terdistribusi luas pada seluruh cairan tubuh dan jaringan tanpa menyebabkan kerugian. Pada daerah yang terinfeksi, prekursor zimogen akan teraktivasi secara lokal dan memicu terjadinya inflamasi. Sistem komplemen dapat aktif melalui serangkaian reaksi enzimatis. Komplemen enzim yang telah aktif yang dibentuk dari prekursor zimogen$nya akan bekerja pada substratnya yang berupa zimogen lain, sehingga zimogen yang disebut terakhir dapat berubah menjadi enzim yang aktif. Serangkaian proses ini terus belanjut,
sehingga membentuk jalur reaksi komplemen ( , ).
Dengan cara ini sejumlah kecil komplemen yang teraktivasi akan mempunyai dampak besar karena diikuti serangkaian reaksi komplemen berikutnya. Dalam tubuh terdapat mekanisme yang dapat mengontrol aktivasi komplemen ini, meskipun belum sepenuhnya diketahui. Sistem pembekuan darah merupakan contoh lain yang merupakan hasil dari serangkaian reaksi enzimatis. Pada kasus ini, luka yang terjadi pada dinding pembuluh darah akan menyebabkan terbentuknya thrombus dalam jumlah yang sangat besar. Ada tiga jalur berbeda yang memungkinkan komplemen dapat teraktifkan pada permukaan patogen. Tiga jalur tersebut ditentukan oleh molekul yang memulai aktivasi itu. Namun demikian hasil akhir dari tiga jalur itu akan membentuk molekul efektor yang sama. Sistem komplemen mempunyai tiga jalan dalam melawan infeksi. Pertama sistem komplemen akan menghasilkan protein komplemen dalam jumlah yang sangat besar yang berikatan secara kovalen dengan patogen, mengopsonisasi patogen tersebut agar proses fagositosis oleh sel fagosit yang mempunyai reseptor komplemen semakin mudah. Kedua, fragmen kecil protein komplemen bertindak sebagai untuk merekrut sel$sel fagosit di daerah dimana komplemen mengalami aktivasi, dan juga mengaktifkan fagosit tersebut. Ketiga, komplemen yang paling akhir dalam rangkaian aktivasi mampu merusak bakteri tertentu dengan membuat lubang pada membran bakteri.
bahkan patogen dapat dibunuh secara langsung. Sistem komplemen merupakan salah satu mekanisme penting pada sistem pertahanan tubuh yang mengenali patogen penginfeksi. Ada tiga jalur aktivasi komplemen: jalur klasik, dipacu langsung oleh patogen atau secara tidak langsung dipacu oleh antibodi yang melekat pada permukaan patogen; jalur MB$lektin; dan jalur alternatif yang dapat menyebabkan amplifikasi dua jalur lainnya. Tiga jalur tersebut dapat teraktivasi secara terpisah oleh antibodi yang berbeda sebagai bagian dari
imunitas . Kejadian pertama pada reaksi komplemen adalah
reaksi pemecahan dimana hasil pemecahan itu berupa molekul yang berikatan secara kovalen dengan permukaan patogen dan mempunyai kontribusi untuk mengaktifkan komplemen berikutnya. Jalur aktivasi itu lebih efisien dengan adanya pembentukan enzim C3 konvertase, yang memecahkan molekul C3 untuk menghasilkan C3b. Ikatan sejumlah besar molekul C3b terhadap patogen merupakan kejadian sentral pada aktivasi komplemen. Komponen komplemen yang terikat pada permukaan patogen, terutama ikatan C3b pada patogen dan bentuk fragmen inaktifnya, dikenali oleh reseptor komplemen pada sel fagosit. Selanjutnya sel fagosit akan menelan patogen yang diopsonisasi oleh C3b dan fragmen inaktifnya. Pecahan berupa fragmen kecil dari molekul C3, C4, dan terutama C5, mempunyai daya rekrut sel fagosit menuju daerah infeksi dan mengaktifkan sel fagosit tersebut dengan cara berikatan pada reseptor spesifik yang terletak pada fagosit. Reseptor tersebut tergabung pada protein G yang akan memberikan signal aktivasi setelah adanya rangsangan yang diterima dari fragmen complemen. C3b yang berikatan dengan C3 konvertase akan memulai tahap akhir reaksi, yaitu berikatan dengan C5 agar lebih mudah dipecahkan oleh C2b atau Bb. Fragmen besar
C5b memicu serangkaian yang memungkinkan
patogen tertentu mengalami lisis. Aktivasi komponen komplemen diregulasi dengan sistem yang ketat untuk menjaga kerusakan jaringan akibat salah sasaran pada sel host. Sistem regulasi juga memastikan bahwa komponen komplemen pada plasma tidak teraktivasi spontan. Dalam homeostasis yang normal aktivasi komponen komplemen hanya terjadi jika tubuh dengan sengaja menghendaki terjadinya aktivasi. Dewasa ini (tahun, 2009), sel T regulator khususnya
CD4+CD25+ ditengarahi sebagi regulator umum tingkat sel yang
JALUR KLASIK JALUR MB-LECTIN JALUR ALTERNATIF
Komplek antigen:antibodi
Lektin berikatan dengan permukaan patogen
Permukaan patogen
Aktivasi komplemen
Perekrutan sel-sel inflamator
Opsonisasi patogen
Pembunuhan patogen
/ . Ada tiga jalur aktivasi
komplemen. Pertama adalah jalur klasik, yang dipicu oleh antibodi atau oleh ikatan langsung komplemen componen C1q pada permukaan patogen. Kedua jalur MB$lektin yang dipicu oleh lektin yang mengikat mannan. Ketiga jalur alternatif, yang dipicu secara langsung pada permukaan patogen. Semua jalur di atas menghasilkan aktivitas enzim, yang pada gilirannya memunculkan molekul efektor komplemen. Konsekuensi dari ketiga aktivitas jalur komplemen itu adalah terjadinya opsonisasi patogen, perekrutan sel inflamator, dan pembunuhan patogen secara langsung.
" $
Pada awal infeksi, serangkaian reaksi komplemen dapat diaktivasi pada permukaan patogen dengan salah satu cara sebagaimana dijelaskan di atas. Cara yang paling umum yang disebut
, (jalur klasik) adalah terjadinya ikatan C1q pada
permukaan patogen. C1q merupakan protein pertama yang teraktivasi pada sistem komplemen. C1q dapat pula diaktifkan pada mekanisme imunitas adaptif dengan mekanisme ikatan C1q dengan antibodi:antigen komplek. Sistem komplemen dapat dikatakan kunci
penghubung antara imunitas dan imunitas adaptif. Mannan$
binding lectin pathway ( , - dimulai ketika lectin
(lektin) yang merupakan protein serum berikatan dengan karbohidrat yang mengandung mannosa pada bakteri maupun virus. Alternatif
pathway ( ) dapat dimulai apabila komponen komplemen
merupakan awal aktivasi komplemen, dan terdiri dari serangkaian reaksi enzimatis yang mana zimogen yang merupakan komplemen non$aktif segera dipecah menjadi dua fragmen. Bagian yang lebih
besar dari hasil pemecahan zimogen itu merupakan yang
aktif. Protease yang aktif ditahan pada permukaan patogen. Kondisi ini memberikan pengaruh terhadap komplemen zimogen berikutnya yang juga dipecahkan dan diaktivasi pada permukaan patogen tersebut. Sebaliknya fragmen kecil berupa peptida dari pemecahan zimogen ini akan dibebaskan dan dapat berperan sebagai mediator terlarut. C3 konvertase yang dibentuk pada awal aktivasi komplemen berikatan secara kovalen pada permukaan patogen. Pada tempat ini C3 konvertase memotong komponen komplemen C3 menjadi C3b yang merupakan molekul efektor utama pada sistem komplemen, dan C3a yang merupakan peptida mediator inflamasi. Molekul C3b berperan sebagai opsonin yang berikatan kovalen pada patogen sehingga patogen menjadi target sel fagosit yang mempunyai reseptor C3b. Molekul C3b juga berikatan dengan C3 konvertase untuk membentuk C5 konvertase yang menghasilkan peptida kecil yang paling penting sebagai mediator inflamasi yaitu C5a, dan juga fragmen aktif yang besar , C5b yang menginisiasi berakhirnya aktivasi komplemen. Aktivasi komplemen ini pada akhirnya membentuk serangkaian proses reaksi polimerisasi yang mana komponen
komplemen terakhir bergabung membentuk ,
yang membentuk pore (pori$pori) pada membran sel patogen yang dapat menyebabkan kematian patogen tersebut. Semua komponen
komplemen pada , (jalur klasik) dan
faktor B dan faktor D. Sama halnya dengan classical pathway/jalur klasik hasil pemecahan komponen tersebut ditandai dengan huruf kecil. Fragmen besar dari pemecahan komponen B adalah Bb dan fragmen kecilnya adalah Ba. Pada jalur mannosa$binding lectin pathway, enzim yang pertama kali diaktivasi adalah
MASP$1 dan MASP$2, selanjutnya urutan reaksinya sama dengan jalur klasik. Komponen komplemen yang teraktivasi sering ditandai dengan garis horisontal di atasnya misal C2b, namun pada buku ini kita tidak menggunakannya. Untuk diketahui bahwa pada sebagian buku dan bahkan publikasi ilmiah masih menggunakan C2a untuk menyatakan fragmen besar dari C2. Pada buku ini kita tetap menggunakan C2b untuk menyatakan fragmen aktif besar dari C2. Pengaktifan C3 konvertase sangat penting peranannya pada aktivasi komplemen, sampai terbentuk molekul efektor, yang menginisiasi tahapan akhir reaksi komplemen. Pada jalur klasik dan jalur MB$lektin, C3 konvertase dibentuk dari penyatuan molekul C2b dengan C4b pada membran patogen. Pada jalur alternatif C3 konvertase dibentuk dari penyatuan molekul C3b dengan Bb pada membran patogen. Jalur alternatif dapat berperan sebagai perluasan bagi ketiga jalur yang ada karena jalur alternatif dimulai dengan pengikatan molekul C3b. Kerja sistem imun yang mempunyai potensi terjadinya inflamasi dan juga destruksi seperti halnya komplemen, mempunyai potensi membahayakan tubuh host, sehingga perlu regulasi yang sangat ketat dan teliti. Salah satu prinsip yang harus ada pada sitem komplemen ini adalah adanya inaktivasi dengan cepat apabila komponen komplemen ini tidak berikatan dengan permukaan patogen. Ada beberapa titik regulasi yang dilakukan oleh protein regulator pada setiap jalur aktivasi komplemen. Protein regulator bekerja pada komponen komplemen yang mengalami aktivasi pada permukaan sel host, sehingga sel host terhindar dari efek destruktif komplemen.
bakteri, sehingga memudahkan sel fagosit menelan bakteri tersebut. C3a merupakan peptida yang memediasi terjadinya inflamasi lokal. C5a dan C5b dihasilkan melalui pemecahan C5 oleh C5 konvertase. C5 konvertase terbentuk dari ikatan C3b terhadap C3 konvertase. C5a juga merupakan peptida yang memediasi inflamasi. C5b memicu reaksi akhir dimana komponen terakhir komplemen bergabung pada yang dapat menimbulkan kerusakan membran patogen tertentu. C4a terbentuk dari pemecahan C4 selama reaksi awal dari lajur klasik, dan tidak merupakan kerja dari C3 konvertase. C4a juga peptida inflamator namun efeknya sangat lemah. C4b yang merupakan fragmen besar hasil pemecahan C4 merupakan molekul opsonin yang lemah. Meskipun komponen aktivasi pada jalur klasik pertama kali ditemukan sebagai jalur yang terpicu oleh adanya antibodi, sekarang telah diketahui bahwa molekul C1q dapat mengaktifkan jalur klasik dengan cara berikatan langsung dengan permukaan patogen, yang juga dengan serentak mengaktifkan jalur MB$lektin dengan cara berikatan dengan antibodi yang telah berikatan dengan permukaan patogen. Pada jalur MB$lektin, MASP mewakili serin protease yang berasosiasi dengan MB$lektin.
- . (/
Jalur klasik mempunyai peranan baik pada imunitas maupun imunitas adaptif. Komponen pertama jalur klasik ini, C1q,
menghubungkan imunitas adaptif humoral dengan sistem
komplemen dengan berikatan dengan antibodi yang telah mengadakan ikatan dengan antigen. Namun demikian, C1q, dapat secara langsung berikatan dengan antigen tertentu tanpa membutuhkan antibodi. Dalam keadaan ini aktivasi komplemen dapat terjadi walaupun tidak ada ikatan antara antigen:antibodi. C1q merupakan bagian dari komplek C1. Komplek C1 terdiri dari molekul tunggal C1q yang berikatan dengan C1r dan C1s. C1q merupakan protein yang mengikat gula, dan adanya ikatan itu sangat tergantung
dengan adanya kalsium ( ). Molekul
molekul C1q pada permukaan patogen dapat menyebabkan
perubahan konformasi pada molekul (C1r:C1s)2, yang dapat
menyebabkan reaksi autokatalitik enzimatis pada C1r. C1r yang telah mengalami aktivasi akan memutuskan ikatannya dengan C1s untuk membentuk serin protease yang aktif.
C1 merupakan protein pertama pada aktivasi komplemen jalur klasik. C1 merupakan molekul komplek dari C1q, C1r, dan C1s. C1q tersusun atas enam subunit yang identik dengan kepala globular dan ekor yang panjang menyerupai kollagen. Ekor bergabung mengikat pada dua molekul C1r dan C1s, membentuk molekul
komplek C1 yang terdiri dari C1q:C1r2:C1s2. Kepala dapat berikatan
- + 0
-Jalur MB$lektin menggunakan protein yang sangat mirip dengan Cq1 untuk memicu serangkaian reaksi komplemen. Protein tersebut dikenal sebagai mannan$binding lectin (MBL) pathway, yang merupakan kollektin, menyerupai Cq1. Mannan$binding lectin mengikat residu manosa dan gula tertentu yang lain, yang akhirnya membentuk susunan yang memudahkan terjadinya ikatan dengan patogen. Pada sel vertebrata untuk melindungi dari serangan komplem sel$selnya tertutup oleh gula lain terutama asam sialik. MBL dapat menginisiasi aktivasi komplemen dengan cara berikatan dengan permukaan patogen. Pada plasma individu yang normal konsentrasi MBL sangat rendah. Produksi MBL pada liver akan meningkat selama
reaksi fase akut pada imunitas . MB$lektin membentuk komplek
dengan protease serin yang sama dengan komplemen C1 komplek. MBL membentuk klaster dua sampai enam kepala yang mengikat
karbohidrat di sekeliling pusat . Struktur ini dapat
dilihat dengan mikroskop elektron. Struktur itu nampak seperti bunga tulip. Dua protease serin, berasosiasi dengan komplek tersebut. Masing$masing adalah MBL$associated serin protease (MASP)$1 dan 2. Sewaktu terjadi ikatan MBL pada permukaan bakteri, protease serin teraktivasi dan kemudian mengaktifkan sistem komplemen dengan cara memecahkan dan mengaktifkan C4 dan C2. Mannan$binding lectin, seperti C1q, berupa molekul dengan enam kepala yang membentuk komplek dengan dua zimogen protease. Pada mannan$ binding lectin komplek (MBL complex) zimogen protease itu adalah MASP$1 dan MASP$2. MASP$1 dan MASP$2 homolog dengan C1r dan C1s, dan keempat enzim tersebut kemungkinan berasal dari evolusi gen yang sama. Ketika komplek MBL berikatan dengan permukaan patogen, MASP$1 dan MASP$2 teraktivasi untuk memecahkan C4 dan C2, sehingga pada jalur MB$lektin menginisiasi aktivasi komplemen dengan cara yang sama dengan jalur klasik, yaitu membentuk C3 konvertase dari ikatan C2b dan C4b. Seseorang yang mempunyai defisiensi pada mannan$binding lectin akan mengalami infeksi yang relatif tinggi selama anak$anak, hal ini menunjukkan pentingnya jalur MB$lektin sebagai alat pertahanan tubuh.
Kerentanan terhadap infeksi akibat defisiensi MBL ini
menggambarkan pentingnya imunitas pada anak$anak sebelum
. #
Telah dijelaskan bahwa pada jalur klasik dan jalur MB$lektin pada aktivasi komplemen dimulai dengan ikatan protein pada permukaan patogen. Selama proses pengaktifan serangkaian enzim itu, lokalisasi tempat pengaktifan pada tempat yang sama sangat penting. Aktivasi C3 harus tepat pada permukaan patogen, dan tidak pada plasma ataupun pada permukaan sel host. Mekanisme ini dapat terjadi karena adanya ikatan kovalen C4b pada permukaan patogen. Pemecahan C4 akan mengekspos ikatan thioester reaktif yang ada
pada molekul C4b. Pada imunitas , pemecahan C4 dikatalisa
oleh ikatan C1 atau MBL pada permukaan patogen, dan C4b dapat mengikat protein atau karbohidrat yang paling dekat pada permukaan patogen. Apabila C4b tidak membentuk ikatan ini dengan cepat, ikatan thioester akan dipatahkan oleh reaksi hidrolisis air. Reaksi hidrolisis ini menyebabkan molekul C4b menjadi tidak aktif dan bersifat ireversibel. Mekanisme ini penting untuk menghindari penyebaran molekul C4d dari sisi pengaktifan pada permukaan patogen. C2 dapat dipecahkan dengan mudah oleh C1s hanya jika molekul itu diikat oleh molekul C4b, dan fragmen besar C2b serin protease juga dijaga untuk tetap berada pada permukaan patogen. C2b serin protease yang tetap berasosiasi dengan C4b akan membentuk C3 konvertase. Aktivasi molekul C3 juga terjadi pada permukaan patogen, dan selanjutnya hasil aktivasi yang berupa C3b segera di$non$aktifkan kecuali jika C3b segera mengadakan ikatan kovalen dengan permukaan patogen sebagaimana yang dilakukan molekul C4b. Dengan demikian opsonisasi hanya terjadi pada tempat dimana komplemen diaktifkan.
0 (1 & - ,
reaksi komplemen. Jalur alternatif menginisiasi pengaktifan sistem komplemen dengan cara menghidrolisis molekul C3 secara spontan. Pada jalur alternatif juga terdapat mekanisme yang menjaga agar jalur aktivasi terjadi pada permukaan patogen. Pemecahan C4 akan mengekspos ikatan thioester yang aktif yang menyebabkan fragmen besar C4b berikatan secara kovalen dengan molekul permukaan bakteri. Molekul C4 terdiri dari rantai α, β, dan γ dengan thioester yang menutupi rantai α. Rantai α akan terekspos ketika terjadi pemutusan rantai tersebut oleh C1s untuk membentuk C4b. Ikatan thioester secara cepat mengalami hidrolisis (dipecahkan oleh molekul air), dan menonaktifkan C4b kecuali thioester tersebut bereaksi dengan hidroksil atau gugus amino untuk membentuk ikatan kovalen dengan molekul pada permukaan patogen. Protein C3 homolog mempunyai ikatan thioester reaktif identik yang juga terekspos pada fragmen C3b ketika molekul C3 dipecahkan oleh C2b. Ikatan kovalen antara C3b dan C4b memungkinkan molekul$molekul itu berfungsi sebagai opsonin dan penting untuk menjaga agar komplemen tetap aktif pada permukaan patogen. C3 terdapat dalam jumlah yang besar pada plasma, dan C3b diproduksi dengan cepat dengan cara pemecahan spontan yang dikenal dengan istilah ’tickover’. Pembentukan C3b dimulai dengan cara hidrolisis spontan pada ikatan
thioester molekul C3 untuk membentuk C3(H2O) yang mempunyai
perubahan konformasi. C3(H2O) mempunyai kemampuan mengikat
protein plasma, faktor B. Ikatan faktor B dengan C3(H2O)
menyebabkan protease plasma, faktor D, memecahkan faktor B
menjadi Ba dan Bb. Molekul Bb berasosiasi dengan C3(H2O)
membentuk komplek C3(H2O)Bb. C3(H2O)Bb merupakan fluid$fase
(fase cair) C3 konvertase. Meskipun C3(H2O)Bb terbentuk dalam
Ketika C3b berikatan dengan permukaan sel host, protein regulator yang ada pada plasma dan pada membran sel host bergabung untuk mencegah aktivasi komplemen. Protein regulator berinteraksi
