Kelompok : 10, Dewi Nur Arasy, Fina Mustika Dewi Prodi/ Off. : Pendidikan Biologi/ A
Mata kuliah : Genetika 2
Topik : Kontrol Genetik pada Respon Imun (Genetic Control of the Immune Response)
Resume :
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 dan disekresikan kelenjarmembran pada permukan sel B yang tergantung pada kondisi. 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. Limfosit T yang berbeda melakukan fungsi ini dengan cara yang berbeda pula. Berbagai Kajian Antibodi
Aspek yang paling patut diperhatikan dari respon imun dari sudut genetik adalah nampaknya varietas antibodi tak terhinga yang bisa disintesis dalam merespon antigen yang sebelumnya belum diketahui pada hewan. Berapa macam antigen yang bisa dihasilkan oleh tikus dan manusia belum dapat diketahui bahwa jumlahya sangat besar, sampai jutaan. Genome manusia lengkap (misalnya satu dari 23 pasang kromosom manusia) mengandung kurang lebih 3 x 109 pasang nukleotida. Jika semua DNA berada dalam bentuk tak terputus mengkode rantai gen masing-masing panjangnya 1000 pasang nukleotida, gen tersebut maksimum mengandung 3 juta gen.
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 somatic, yaitu mutasi yang terjadi pada sel-sel somatik penghasil antibodi atau dalam garis sel yang mengarah pada penghasil antibodi.
3. Hipotesis "minigene" menyatakan bahwa keragaman dihasilkan oleh pengacakan segmen kecil dari beberapa gen menjadi banyak kemungkinan kombinasi. Pengacakan akan terjadi melalui proses rekombinasi pada sel somatik (secara total ini memerlukan mekanisme untuk menyusun kembali segmen DNA).
Saat ini, diketahui bahwa hipotesis minigen dapat menjelaskan keanekaragaman yang ada. Selain itu diketahui pula bahwa mutasi somatik memberikan kontribusi dalam keanekaragaman. Akhirnya dapat diketahui bahwa satu segmen dari setiap rantai antibodi ditentukan oleh gen atau segmen gen yang terdaat pada genome. Dengan demikian dapat disimpulkan ketiga hipotesis diatas adalah benar dalam hal tertentu.
Struktur Antibodi
Antibodi termasuk dalam kelas protein yang disebut immunoglobulin. Setiap antibodi merupakan tetramer yang 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. Setiap rantai, baik rantai berat maupun ringan mempunyai ujung amino daerah variabel, dimana sekuen asam amino bervariasi di antara antibodi spesifik untuk antigen-antigen yang bebeda, dan suatu ujung karboksil daerah konstan, dimana sekuen asam aminonya sama untuk semua antibodi dari kelas immunoglobulin
(Ig) meskipun antigen pengikatnya spesifik. Panjang dari daerah variabel semua grup antibodi sekitar 110 asam amino.
Daerah protein yang menjalankan fungsi tertentu disebut domain. Setiap antibodi memiliki dua tempat ikatan antigen atau domain, yang masing-masing domain dibentuk oleh daerah variabel 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, yang 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 daerah berisi rantai ringan.
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 spesifikasi yangsama dengan ikatan antigen.
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 Vk, untuk mengkode N-terminal 95 asam amino dari wilayah
variasi.
2. Segmen gen Jk (J menunjukkan gabungan segmen), untuk mengkode 13
asam amino daerah variabel.
3. Segmen gen Ck, untuk mengkode wilayah konstan C-terminal.
Segmen gen keempat yaitu segmen Lk,untuk mengkode sekuen kepala
hidrofobik N-terminal dengan panjang 17-20 asam amino, yang mana hal itu sangat penting untuk transportasi 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 Vk yang
masing-masing berdekatan dengan segmen gen Lk. Pendapat lain mengatakan hanya ada
satu segmen gen Ck. Dan ada lima segmen gen Jk (salah satunya tidak berfungsi
pada tikus) terletak antara segmen gen Vk dan segmen gen Ck.
Dalam sel germ line, lima segmen gen Jk dipisahkan dari segmen gen Vk
oleh sekuen noncoding yang panjang dan dipisahkan dari segmen Ck oleh sekitar
2000 pasang nukleotida. Selama perkembangan Limfosit B, gen rantai ringan kappa tertentu yang akan disajikan dalam sel dirakit dari satu segmen Lk-Vk, satu
segmen Jk, dan satu segmen tunggal Ck 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 Jλ hadir
dengan segmen gen Cλ. Penyusunan ulang genom yang diperlukan untuk sintesis
rantai lambda menggabungkan segmen Lλ-Vλ ke segmen Jλ-Cλ. Tikus hanya
memiliki empat segmen gen Jλ-Cλ, 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 LH -
VH, JH, dan CH yang serupa dengan rantai ringan kappa. Tetapi ada satu segmen
gen tambahan, yang disebut D (keragaman), yang mengkode 2-13 asam amino pada wilayah variabel. Wilayah variabel pada rantai ringan dikodekan pada tiga pemisahan segmen gen yang harus digabung selama proses perkembangan limfosit B.
Jumlah segmen gen CH yang fungsional pada setiap makhluk hidup
manusia ada 9 atau 10 segmen. Kelompok gen CH 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 CH masih ada, terpisah dari segmen gen LH-VH DJH yang baru
dibentuk. Pada tahap ini, semua antibodi yang telah disintesis memiliki rantai berat IgM. 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 Peralihan 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 B yang matang menghasilkan antibody IgM dan IgD. Hal ini perlu diperhatikan, karena bagaimanapun antibody ini hanya berbedapada fungsi efektor domainya , mereka memiliki ikatan antigen domain yang sama, terutama kesaman Vλ Jλ dan
gabungan segmen gen VDJλ. Pada sel ini, transkrip utama diperpanjang melalui
segmen gen CHπ dan CHδ yang disintesis. Selama proses tersebut, rantai transkrip
VHDJH dapat digabung (splicing) menjadi sekuens CHπ atau CHδ seperti keduatipe
rantai berat ini disintesis pada sel yang sama. Sebuah kompleksitas dapat diamati lebih lanjut pada sintesis antibodi yang produksi berurutan dari membran terikat dan disekresikan dalam bentuk antibodi. Antibodi pertama yang dibentuksaat perkembangan limfosit B adalah molekul IgM yang terikat pada permukaan. Urutan Signal dalam Mengatur Penyusunan Ulang Genom
Beberapa segmen panjang DNA kromosom membawa kelompok segmen gen V, segmen gen D, dan segmen gen J yang keduanya pada tikus dan manusia kini telah diurutkan, dan dihasilkan pasangan urutan nukleotida yang menunjukkan adanya sinyal gabungan khusus V-J, V-D dan D-J. Urutan sinyal yang sama juga ditemukan berdekatan dengan semua segmen gen V. Semua segmen gen J mempunyai sinyal identik yang letaknya berdekatan dengan urutan
koding mereka. Urutan sinyal mengkontrol gabungan V-J, V-D, dan D-J yang terdiri dari 7 pasangan basa (heptamer) dan 9 pasangan basa (nonamer) sepanjang urutan yang dipisahkan oleh pemisah yang berbeda tetapi panjangnya spesifik. Untuk gabungan Vk-Jk, pemisah pada urutan sinyal Vk memiliki panjang 12 pasang nukleotida dimana pada urutan sinyal Jk memiliki panjang 22 pasang nukleotida. Urutan heptamer dan nonamer terletak setelah segmen gen Vk yang saling melengkapi dengan segmen gen Jk sebelumnya. Urutan sinyal ini berpotensi membentuk struktur “stem dan loop” yang membawa segmen gen Vk dan Jk ke dalam penjajaran untuk bergabung. Gabungan akan terjadi hanya ketika satu urutan sinyal terdiri dari 12 pasang basa pemisah, dan yang lain terdiri 22 pasang basa pemisah.
Keanekaragaman Antibodi: Variabel Situs Gabungan dan Mutasi Somatik Banyak keanekaragaman tambahan yang dapat dijelaskan dengan variasi dalam situs rekombinasi yang tepat selama peristiwa gabungan V-J. Penggunaan situs alternatif rekombinasi selama peristiwa menggabung yang termasuk pada pemasangan gen antibodi yang masak yang menyediakan sebuah mekanisme tambahan untuk mengahsilkan keanekaragaman antibodi. Sejumlah keanekaragaman antibodi dihasilkan oleh: (1) Gabungan keluarga besar segmen gen V, D, dan J (2) penggunaan posisi alternatif rekombinasi selama reaksi penggabungan, data yang cukup menunjukkan bahwa masih ada mekanisme lain yang termasuk ke dalam generasi keanekaragaman antibodi. Hal ini didirikan dengan membandingkan (1) urutan pasangan nukleotida dari gen yang diekspresikan dengan urutan dari segmen gen germ line dan (2) urutan asam amino aktual dari untaian antibodi dengan urutan asam amino diprediksi dari urutan nukleotida gen.
Perubahan telah mengakibatkan substitusi pasangan tunggal nukleotida. Seperti substitusi yang mungkin adanya 1-2% pasangan nukleotida dari segmen gen yang mengkode daerah variabel antibodi. Substitusi pasangan nukleotida ini diduga terjadi oleh beberapa mekanisme mutasi somatik yang terbatas ke urutan DNA mengkode daerah variabel untaian antibodi. Akibat perubahan ini pada segmen variabel gen antibodi terjadi pada frekuensi yang tinggi, suatu proses yang mana sering disebut hipermutasi somatik. Virus dan patogen lainnya terus
berkembang dan menghasilkan varian baru dengan penentu antigenik baru. Sistem imun juga harus bisa dengan cepat merespon perubahan tersebut.
Regulasi Transkripsi: Penambah Jaringan Khusus
Pada pembentukan antibodi limfosit B, 10 sampai 20% molekul mRNA merupakan transkripsi gen antibodi. Proses penyusunan ulang membawa promoter terletak di ujung segmen gen LH-VH ke dalam berbagai pengaruh elemen
penambah yang kuat terletak pada intron diantara segmen gen JH dan segmen gen
CH. Tiap segmen gen LH-VH terdiri dari sebuah promoter ujung. Peristiwa
penyusunan ulang terjadi selama diferensiasi sel B berpindah promoter terdekat dengan segmen gen LH-VH kurang dari 2000 pasang nukleotida dari enhancer.
Enhancer yang terlibat dalam aktivasi sintesis rantai berat adalah jaringan khusus. Enhancer mengaktivasi transkripsi hanya pada limfosit dan tidak memiliki efek pada sel yang berasal dari jaringan lain. Proses aktivasi membutuhkan adanya faktor yang mensintesis limfosit tetapi tidak pada tipe sel lainnya. Elemen enhancer yang sama telah ditemukan pada intron diantara gugus rantai ringan segmen gen Jk dan urutan koding Ck. Perpindahan promoter gen antibodi ke dalam berbagai pengaruh enhancer jaringan khusus merupakan mekanisme umum dalam aktivasi gen antibodi selama diferensiasi limfosit B.
Seleksi Klonal
Teori seleksi klonal: semua antibodi dihasilkan oleh limfosit B tunggal yang memiliki kekhususan antigen pengikat yang sama. Tetapi sel yang berbeda dalam satu populasi limfosit B akan melakukan penataan ulang genom yang berbeda untuk menghasilkan antibodi dengan spesifikasi yang berbeda. Kumpulan teori seleksi klonal menyebutkan bahwa pengikatan antigen asing tertentu untuk antibodi pada permukaan limfosit B merangsang sel tersebut membelah, menghasilkan sejumlah besar limfosit B tertentu dan jumlah besar antibodi tertentu yang mengakui antigen asing.
Pengecualian Alel
Tiap limfosit B hanya membuat satu tipe antibodi. Sel mamalia merupakan diploid, mereka membawa dua set informasi genetik mengkode untuk tiap untaian antibodi. Hanya satu penyusunan ulang genome yang produktif urutan koding rantai ringan dan satu penyusunan ulang urutan koding rantai berat yang terjadi
pada tiap limfosit B. Fenomena tersebut disebut pengecualian alel, karena satu salah satu alel dikecualikan dari pengekspresian. Ada beberapa tipe mekanisme umpan balik bahwa penangkapan proses rekombinasi termasuk pada penyusunan ulang gen antibodi sejak penyusunan ulang produktif terjadi dan sel mulai mensintesis antibodi fungsional.
Variabilitas Reseptor Sel T
Sel T mengenali antigen pada permukaan sel dan membunuh sel-sel yang membawa antigen ini. Sel T dapat mengenali dan memusnahkan sel yang membawa berbagai antigen. Respon sel T juga menunjukkan tingkat fenomena kekhususan. Sel T menghasilkan reseptor pengikat membran yang sangat sama dengan antibodi yang dihasilkan oleh limfosit B. Keanekaragaman kekhususan reseptor sel T dihasilkan oleh penyusunan ulang genom yang sama dengan mereka yang terlibat pada produksi antibodi. Reseptor sel T tersusun atas dua rantai polipeptida, α dan β, yang masing masing dikode oleh segmen gen L-V, D-J, dan C seperti rantai antibodi. α dan β polipeptida, seperti rantai antibodi, terdiri atas daerah variabel yang berbentuk situs pengikat antigen dan daerah konstan yang menjangkar reseptor pada permukaan sel. Daerah variabel reseptor sel T dikode oleh segmen gen multiple L-V, D, dan J, daerah konstan dikode oleh sedikit segmen gen C. Reseptor gen sel T dirakit oleh penyusunan ulang genom yang terjadi selama diferensiasi limfosit T daei stem sel yang sama dengan gen antibodi pada perkembangan limfosit B. Ada beberapa limfosit T yang berbeda tipe dan mereka memainkan peran yang berbeda pada respon imun seluler.
Major Histocompatibility Complex (MHC)
Banyak komponen lain pada respon imun, seperti transplantasi antigen yang secara luasnya bertanggung jawab terhadap penolakan jaringan asing pada operasi transplasi, yang dikontrol oleh sebuah kompleks multigen yang disebut major bistocompatibility complex (MHC). Pada manusia MHC dikode oleh HLA (Human Leukocyte Antigene complex). Gen MHC mengkode 3 protein kelas yang berbeda yang termasuk ke dalam aspek yang berbeda pada respon imun. Gen kelas I mengkode antigen transplantasi yang disebutkan. Protein kelas I dikenal sebagai jangkar glikoprotein sebagai protein integral membran dengan penentu antigen yang terletah di luar sel. Protein MHC kelas I merupakan antigen yang
biasanya bertanggung jawab terhadap penolakan jaringan asing pada jaringan dan organ transplantasi. Gen MHC kelas II mengkode polipeptida yang terletak didekat permukaan limfosit B dan makrofag. Protein MHC kelas II menyediakan sel T helper dengan kapasitas untuk pengakuan diri dan fasilitas komunikasi antara tipe sel yang berbeda yang terlibat dalam respon imun. Gen MHC kelas III mengkode protein komplemen yangberinteraksi dengan kompleks antigen antibodi dan menginduksi lisis sel. Keanekaragaman antigen MHC kurang dari antibodi dan reseptor sel T.
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah perbedaan dari rantai berat dan rantai ringan?
Gen rantai ringan lambda dirakit dari segmen terpisah selama perkembangan limfosit B. Sedangkan Rantai Berat proses pengkodean informasi genetik diatur dalam LH - VH, JH, dan CH yang serupa dengan
rantai ringan kappa. Tetapi ada satu segmen gen tambahan, yang disebut D (keragaman), yang mengkode 2-13 asam amino pada wilayah variabel. 2. Bagaimana limfosit T menghindari interaksi dengan antigen bebas untuk
menghindari duplikasi fungsi sel B pada respon imun?
Sel T harus mengenali kedua antigen yang menyinggung pada permukaan sel dan protein lain yang hanya melekat pada permukaan sel secara bersamaan. Sel T harus mengenali produk dari salah satu gen pada major bistocompatibility complex (MHC). Jadi, sel T harus bisa mengenali dan memusnahkan suatu sel yang memproduksi antigen (seperti mantel protein virus) pada suatu jaringan tubuh.
