Biologi sel dermal dan Matriks seluler

Kolagen

Srtuktur

Protein yang termasuk kedalam golongan kolagen adalah komponen

fibrilar utama dari jaringan ikat dan protein ekstraselular utama dari tubuh

manusia. Peranan fisiologi dari serat-serat kolagen dalam kulit memberikan

sifat-sifat kenyal yang memungkinkan berfungsi sebagai pelindung terhadap

trauma eksternal. Dalam kulit manusia, serat-serat kolagen membentuk massa

matriks ekstraseluler dan terdiri dari > 70% dermis kering. Pemeriksaan

mikroskop cahaya dari kolagen pada jaringan ikat dermis menunjukan bahwa

kumpulan kolagen diendapkan sebagai tumpukan-tumpukan besar serat yang

tersusun secara beraturan. Kajian lebih lanjut menunjukan bahwa serat-serat ini

terdiri dari fibril dan mikrofibril. Mikrofibril-mikrofibril tersusun dengan cara

paralel, yang menghasilkan pola cross-striations yang bisa dilihat dengan

mikroskop elektron. cross-striations paling menonjol tampak sebagai pita-pita

berulang berjarak sekitar 70 mm.

Prototipe kolagen adalah kolagen tipe I, kolagen yang paling banyak di

dalam dermis dan jaringan ikat lainnya. Molekul kolagen tipe I mempunyai

massa molekul kira-kira 290 kDa dan terdiri dari tiga rangkai polipeptida, yang

masing-masing mempunyai masaa molekul sekitar 94 kDa. Ketiga polipeptida

ini dikenal sebagai rantai α, bergelung mengelilingi satu dengan lainnya seperti

1

halnya untaian-untaian tali. sehingga molekul kolagen mempunyai sebuah

struktur triple-helic. Helic ini memiliki karakteristik bentuk seperti batang kaku

terhadap molekul dengan ukuran kira-kira 1,5 x 300 nm.

Struktur khusus dari triple-helic kolagen sebagian besar bisa komposisi

asam amino yang tidak biasa dari ranta-rantai α. Masing-masing rantai α dari

kolagen tipe I mempunyai sekitar 1000 asam amino, dan glycin, asam amino

yang kecil menyumbang sekitar sepertiga dari jumlah total asam amino.

Perangkaian asam amino dari rantai α menunjukan bahwa glycin terdistribusi

merata pada polypeptida, yang menempati setiap posisi ketiga. Karena itu,

rantai polypeptida dari kolagen bisa dianggap sebagai triple berulang yang

direperesentasikan sebagai (X-Y-Gly) 333 . Posisi X dan Y dari rangkaian

berulang bisa ditempati oleh berbagai jenis asam amino, tetapi posisi X sering

ditempati oleh prolin dan posisi Y ditempati oleh Hydroxyprolin. Kedua asam

amino ini menyumbang sekitar 22% dari total komposisi asam amino dari

kolagen. Kandungan asam amino ini yang relatip tinggi dan distribusi

karakteristik glycin diperlukan untuk pembentukan triple-helic molekul

kolagen, dan hydroxyprolin memegang peranan penting dalam menstabilkan

triple-helic pada suhu fisiologik. Pembentukan triple-helic memberikan banyak

sifat unik terhadap kolagen dan penting untuk fibrillogenesis normal. Mutasi

yang mempengaruhi pembentukan triple-helic mencegah kolagen dari

pembentukan serat dan bisa menyebabkan cacat serius atas fungsi jaringan ikat.

2

Heterogenitas Genetik

Kolagen dalam jaringan binatang mengandung lebih tinggi asam amino

(prolin dan hydroxyprolin) dan glycin dalam jumlah yang sama. Namun

demikian, asam amino yang menempati posisi X dan Y dari rangkaian X-Y-Gly

berulang bisa bervariasi secara bermakna. Variasi dalam kandungan

hydroxyprolin dan hydroxylysin dijelaskan sebagian oleh panjangnya rantai

polypeptida yang dimodifikasi setelah translasi RNA pembawa kolagen

(mRNA). Jelas bahwa kolagen adalah golongan dari protein-protein yang

terkait erat namun berbeda secara genetik. Pada gen manusia terdapat sebanyak

25 gen berbeda yang memiliki rantai α dengan rangkaian asam amino yang

sedikit bervariasi, dan rantai α ini bersamaan setidaknya dengan 16 jenis

kolagen yang berbeda, yang diberi angka romawi. Selanjutnya beberapa protein

kolagen tambahan dapat diidentifikasi, sebagian besar melalui teknologi DNA

recombinant, tetapi tidak adanya informasi yang tepat tentang struktur dan

komposisi rantai –α dari kolagen ini mengesampingkan pemberian angka

Romawi kali ini. Selain kolagen yang sudah ditandai dengan jelas, segmen-

segmen kolagen triple-helic pendek ada dalam protein lainnya, yang meliputi

acetycholinesterase, komponen Clq dari sistem komplemen dan reseptor

pemakan makrofag. Akan tetapi, protein-protein ini tidak termasuk dalam

golongan kolagen karena domain kolagen bukanlah bagian dominan dari

molekul, dan protein-protein ini pada intinya tidak berfungsi sebagai

komponen-komponen srtuktural dari matriks ekstraseluler jaringan ikat.

3

Kolagen-kolagen yang berbeda secara genetik bisa dipisahkan

berdasarkan sifat-sifat fisikakimianya. persebaran peptida dengan pencernaan

enzymatik terbatas, atau bahan reaksi kimia seperti cyanogen bromida, yang

membelah polypeptida pada masing-masing residu methionyl, mempermudah

sebagian besar identifikasi bentuk-bentuk genetik kolagen yang berbeda.

Berdasarkan arsitektur serat dalam jaringan, kolagen-kolagen yang berbeda

secara genetik bisa dibagi dalam kelas-kelas yang berbeda. Kolagen tipe I, II,

III, dan V tersusun dalam fibril-fibril yang relatip besar dan karenanya

merupakan kolegan-kolagen pembentuk-fibril. Tipe IV tersusun dalam jaringan

yang saling bertautan, sementara tipe VI dan VII adalah kolagen-kolagen

pembentuk mikrofibril yang berbeda. Kelompok yang dideskripsikan baru-baru

ini, yang disebut dengan kolagen FACIT(Fibril-associated collagens with

interrupted Triple-helic) yang mencakup tipe IX, XII dan XIV, terkait dengan

serat kolagen yang lebih besar dan berfungsi sebagai jembatan molekular yang

penting untuk susunan dan stabilitas matriks ekstraseluler. Setidaknya ada

sepuluh jenis kolagen yang berbeda secara genetik, diidentifikasi dalam kulit

manusia,dan lokasi kromosom yang tepat dari gen diantaranya ada ditentukan

(Tabel 21-2). Jenis kolagen lainnya (II, IX, X, XI) tidak akan dibahas secara

rinci karena tidak ada di dalam kulit.

Kolagen tipe I, bentuk kolagen yang tersebar paling luas dan ditandai

paling ekstensif, pada intinya ditemukan didalam tulang dan tendon, juga

membentuk sebagian besar kolagen kulit. Pada dermis manusia dewasa,

4

kolagen tipe I menyumbang sekitar 80% dari total kolagen. Molekul kolagen

tipe I mengandung dua rantai α yang identik, yang ditandai dengan α I(I) dalam

komposisi asam amino-nya. Molekul-molekul kolagen yang terdiri dari tiga

rantai α I(I) yang identik juga terdeteksi , tetapi yang disebut dengan molekul

trimer α I(I) merupakan sebagian kecil dari kolagen dalam jaringan ikat yang

mensintesa polypeptida α I(I), seperti kulit. Kolagen tipe I dan III membentuk

serat ekstraseluler yang relatip luas yang pada dasarnya bertanggung jawab atas

elastisitas dermis manusia.

Kolagen tipe III, merupakan bentuk kolagen yang berbeda secara

genetik, dominan dalam jaringan ikat gastrointestinal dan vaskular, tetapi juga

menyumbang sekitar 10% dari total kolagen dalam dermis manusia dewasa.

Kolagen tipe III awalnya disebut dengan kolagen janin, karena dominan dalam

kulit manusia selama kehidupan embrio. akan tetapi sintesa tipe I dipercepat

selama periode pasca lahir awal hingga ratio kolagen tipe I dan III dalam kulit

manusia dewasa adalah ~6:1 kolagen tipe III terdiri dari tiga rantai α yang

identik , α I(III), yang dibedakan dari rantai kolagen tipe I yaitu ciri-ciri

kimianya yang berbeda seperti kandungan hydroxyprolin dan glycin yang

relatif tinggi dan keberadaan cystein.

Kolagen tipe IV adalah kolagen berbeda yang terdapat secara melimpah

dalam membran basal. Di dalam kulit, kolagen tipe IV ditemukan dalam

membran basal pada perbatasan dermis dan epidermis, terutama di dalam

5

lamina densa, tempat di mana kolagen ini membentuk pola, bukan serat kolagen

tipe I, II, dan III.

Kolagen tipe IV yang terdapat di dalam kulit manusia terdiri dari dari 2

rantai polypeptida, α I(IV) dan α2(IV). Bentuk utama dari kolagen tipe IV

adalah heterotrimer, [α (IV)]2α2(IV), walaupun kadang-kadang homopolymer,

[α (IV)]3 dan [α (IV)]3 bisa terangkai. Massa molekul dari rantai α I(IV) dan α

2(IV) masing-masing 185 kDa dan 175 kDa. Molekul kolagen tipe IV ditandai

oleh keberadaan interupsi-interupsi nonkolagen di dalam domain tripel-helic

yang dengan demikian memberikan fleksibilitas terhadap molekul. Baru-baru

ini tiga rantai α tambahan, α3(IV), α4(IV) dan α5(IV) yang teridentifikasi.

molekul kolagen tipe IV yang mengandung subunit polypeptida ini ternyata

pada dasarnya ditampilkan dalam membran basal glomerular.

Kolagen tipe V terdiri dari subgolongan kolagen-kolagen serupa yang

saling terkait yang mengandung empat jenis rantai α yang berbeda, yaitu α1(V),

α2(V), α3(V), dan α4(V). bentuk dominan di dalam kulit adalah [α1(V)]2 α2(V).

Kolagen tipe V sebagian besar ada di dalam jaringan ikat, kecuali kartilago

hyalin kolagen tipe V menyumbang 5% dari total kolagen dalam kulit manusia

dan fungsinya tidak diketahui. ini menunjukan bahwa sel-sel epidermal yang

bermigrasi memproduksi kolagen tipe V dan sintesanya secara berkelanjutan

merupakan prasyarat untuk migrasi sel-sel ini.

Kolagen tipe VI awalnya dianggap sebagai kolagen kecil didalam

jaringan seperti dermis. akan tetapi, peningkatan prosedur isolasi biokimia

6

membuktikan bahwa kolagen tipe VI merupakan komponen yang relatip

melimpah dalam berbagai jaringan, termasuk kulit. Telah terbukti bahwa

kolagen tipe VI adalah produk gen utama dari fibroblas kulit yang dikultur,

sebagimana ditentukan pada tingkat mRNA. Ternyata, hybridisasi molekuler

dengan cDNA spesifik-rangkaian manusia menunjukan bahwa ratio mRNA

kolagen tipe I dengan tipe VI dalam fibroblas kulit yang dikultur adalah sekitar

3:1, yang menunjukan bahwa kolagen tipe VI lebih melimpah daripada kolagen

tipe III di dalam kulit. Molekul-molekul kolagen tipe VI terdiri dari tiga rantai α

yang berbeda, α I (VI), α 2 (VI), dan α 3 (VI),yang berlipat menjadi domain

triple-helic dengan panjang 100 nm, dengan domain globular di kedua ujung

molekul. Kolagen tipe VI terangkai menjadi mikrofibril-mikrofibril yang relatip

kecil, membentuk jaringan yang terlepas dari serat-serat kolagen lebar yang

telah disebutkan sebelumnya. Pada dasarnya terdiri dari kolagen tipe I dan III.

Jaringan mikrofibril dapat melakukan suatu fungsi dengan cara menstabilkan

rangkaian serat-serat kolagen lebar. Kolagen tipe VI juga mengandung

rangkaian-rangkaian peptida yang berfungsi sebagai tempat pelekatan sel.

Kolagen tipe VII, merupakan komponen mayor yang terkandung dalam

fibril. juga dikenal sebagai kolagen rantai-panjang karena daerah triple-helic –

nya yang panjangnya sekitar 450 nm. ini hanya mempunyai satu tipe rantai α,

α1(VII), dan domain triple-helic mengandung ikatan disulfida antar rantai dan

tempat nonhelik sensitif-pepsin dekat dengan pusat molekul. Domain triple-

helic diapit oleh domain nonhelik besar yang awalnya dianggap berada di

7

terminus carboxcyl pendek tetapi sekarang diketahui berada diterminus amino.

juga ada domain nonhelik terminus- carboxyl pendek yang terbelah secara

ekstraseluler. Kolagen tipe VII merupakan unsur pokok dari fibril dan

membentang dari batas dermis-epidermis hingga ke dermis papilar. Molekul-

molekul kolagen tipe VII dapat tersusun dalam fibril-fibril melalui formasi

dimer-dimer antiparalel yang dihubungkan melalui ujung-ujung terminus

carboxcyl-nya. Domain non kolagen terminus amino dari kolagen tipe VII

dianggap berinteraksi di satu ujung dengan kolagen tipe IV di dalam membran

basal dermis-epidermis dan di ujung lainnya dengan struktur yang mengandung

kolagen tipe IV, yang dikenal sebagai plak-plak yang ditemukan dalam papilar

dermis. Susunan struktur fibril-fibril semacam ini bisa menstabilkan pelekatan

membran basal dermis-epidermis pada dermis dilapisan bawah. Dengan

demikian perubahan dalam tampilan, struktur atau interaksi molekular dari

kolagen tipe VII dan/ atau tipe IV bisa menghasilkan kerapuhan kulit. Kondisi

ini dicontohkan oleh epidermolisis bullosa (EB), kelompok penyakit

mekanobulosa turunan yang ditandai oleh pelepuhan kulit sebagai akibat dari

trauma kecil, Studi belakangan ini memastikan hubungan genetik yang kuat

antara mutasi (EB) dan lokus kolagen tipe VII (COL7AI) pada kromosom 3p

dalam beberapa golongan dengan bentuk distrofik dominan (EB). kelangkaan

kolagen tipe VII dan kelainan dalam fibril terlihat pada bentuk distrofik

dominan EB, fibril dan kolagen tipe VII tidak ada dalam sebagian kasus EB

distrofik resesif berat. kolagen tipe VII berfungsi sebagai autoantigen dalam

8

bentuk EB didapat. Pengamatan ini menunjukan dengan jelas bahwa cacat

genetik primer pada sebagian golongan dengan bentuk EB distrofik ada pada

gen kolagen tipe VII. Karena kolagen tipe VII (antigen EB aquisita) disintesa

oleh keratinosit epidermal dan fibroblas dermal yang dikultur, sistem kultur sel

ini memberi peluang untuk mengkaji tampilan gen kolagen tipe VII untuk

identifikasi rinci mutasi yang mendasari untuk EB distrofik pada golongan

dengan fibril abnormal.

Baru-baru ini beberapa antibodi monoklonal dikembangkan, antibodi ini

mengenali domain di dalam fibril, akan tetapi faktor-faktor antigen yang pasti

untuk antibodi ini dan hubungannya dengan kolagen tipe VII belum diketahui.

Kolagen tipe VIII berkenaan dengan molekul yang awalnya diisolasi

dari kultur sel-sel endotel dan jenis-jenis sel lainnya. Kolagen tipe VIII terdiri

dari dua polypeptida terpisah, α I (VIII), dan α 2 (VIII). Susunannya struktural

dan distribusi jaringan dari kolagen tipe VIII belum dipahami dengan jelas.

Kolagen tipe IX termasuk dalam kelompok kolagen-kolagen yang

ditandai baru-baru ini yang disebut kolagen-kolagen FACIT. Kolagen –

kolagen ini (tipe IX, XII, XIV) mengandung lebih dari satu domain triple-helic

yang dipisahkan oleh segmen-segmen nonkolagen. Kolagen-kolagen ini tidak

mengalami fase proteolytik dari proform yang lebih besar dan karenanya tidak

disekresikan sebagai prokolagen. Kolagen FACIT membentuk serat hanya

dengan kaitannya dengan kolagen fibrillar. sebagai contoh misalnya kolagen

tipe XII, yang terdiri dari tiga rantai α I (XII), yang identik, terlokalisasi di

9

dalam jaringan ikat padat yang terkait dengan kolagen tipe I. akan tetapi, kulit

menunjukan reaktivitas yang relatif kecil dengan antibodi spesifik-kolagen tipe

XII, dan penentuan kuantitas serta peran fisiologis yang pasti dari kolagen tipe

XII di dalam kulit masih harus dijelaskan.

Kolagen tipe XIII tersebar diman-mana dalam jumlah kecil disebagian

besar jaringan yang mengandung kolagen fibrillar utama, tipe I dan III. kolagen

tipe XIII juga ditemukan dalam jaringan yang tidak mengandung kolagen

fibrillar utama, seperti epidermis. peranan kolagen tipe XIII di dalam struktur

ini belum diketahui.

Kolagen tipe XIV termasuk dalam kelompok FACIT dan mempunyai

homologi struktural yang kuat dengan kolagen tipe XIII. Melalui analogi

dengan kolagen tipe IX, komponen yang telah ditandai dengan jelas dari

matriks kartilago, kolagen tipe XIV terorientasi paralel pada permukaan serat-

serat kolagen besar yang terdiri dari kolagen tipe I dan III. Kolagen tipe XIV,

seperti halnya kolagen FACIT lainnya. mungkin terlibat dalam penentuan

interaksi fibril-fibril kolagen dengan satu sama lainnya dan dengan komponen

matriks ekstraseluler lainnya.

Selain kolagen yang sudah ditandai, beberapa protein kolagen

diidentifikasi baru-baru ini melalui prosedur cloning molekular. Salah satu

molekul ini adalah antigen pemphigoid bulla 2 (BPAG2), suatu protein 180

kDA, yang dikenali oleh autoantibodi sirkulasi dalam serum sebagian pasien

penderita pemphigoid bulla atau herpes gestasionis. Antigen ini dilokalisasi

10

dengan mikroskop immunoelektron pada hemidesmosom di zona membran

basal dermis-epidermis kulit manusia. Cloning recombinant gen antigen

pemphigoid bulla 180-kDA. Baru-baru ini menunjukan keberadaan domain

kolagen dengan rangkaian Gly-X-Y berulang karakteristik, sebagaimana

disimpulkan dari rangkaian nukleotida dalam DNA komplemen dan genom.

Domain-domain kolagen ini dipisahkan oleh beberapa segmen nonkolagen

dengan berbagai ukuran. Dengan demikian, antigen pemphigoid bulla 180-kDA

adalah suatu protein yang ditandai oleh segmen-segmen kolagen dan

nonkolagen bergantian. Probe cDNA yang baru dikembangkan juga digunakan

untuk memetakan gen BPAG2 pada lengan panjang kromosom 10 manusia.

Lokasi ini berbeda dari kolagen yang didistribusikan sebelumnya dan juga

membedakan BPAG2 dan BPAG1, antigen pemphigoid bulla 230 kDA, yang

didistribusikan pada lengan pendek dari kromosom 6.

11

Kesimpulan

1. Kolagen adalah struktur pada kulit yang memberikan sifat-sifat kenyal

yang memungkinkan kulit bisa berfungsi sebagai organ pelindung

terhadap trauma eksternal.

2. Dalam tubuh manusia, serat kolagen membentuk massa matriks

ekstraseluler dan terdiri >70% berat dari dermis.

3. Prototipe kolagen terdapat 14 tipe, terdiri dari tipe I-XIV.

4. Kolagen tipe I, II, III, dan V merupakan kolagen-kolagen pembentuk

fibril.

5. Kolagen tipe I penyumbang 80%, tipe III sebanyak 10% dan sisanya

campuran dari kolagen tipe lain.

12