C18 Gene Rearrangement

AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 1

C18 Gene Rearrangement

Lecture Notes : SGBM

Theme : Gene Rearrangement

Oleh : Prof. Drs. Purnomo Soeharso, Ph.D

A. Pengertian Gene Rearrangement

Gene rearrangement ini merupakan perubahan organisasi dan

komposisi gen in situ sehingga terjadi reorganisasi lokus. Dapat

terjadi pada semua sel (eukariot maupun prokariot). Hal ini

menyebabkan perubahan kontrol, pengaturan, dan ekspresi gen

tertentu.

B. Akibat Gene Rearrangement

1. Mutasi (perubahan intragen)

Gen tertentu dimodifikasi sekuens DNAnya pada waktu replikasi

2. Duplikasi Gen

Gen digandakan (dibentuk duplikat) menjadi sepasang gen

yang identik di dalam sel

3. Translokasi (Tukar Tempat)

Dua gen atau lebih patah dan segmen yang

terbentuk berekombinasi menjadi hibrid (gen

baru). Ada dua gen atau lebih yang mengalami

segmentasi kemudian patahan-patahan tadi

berekombinasi sehingga menyambung satu

sama lain. Akhirnya terbentuklah gen hibrid (gen

kombinasi baru),

4. Transfer Gen Antar Sel (Interseluler)

DNA dipindahkan dari genom sel satu ke

genom sel yang lain.

C. Rekombinasi Homolog

Gene rearrangement dapat terjadi sering pada

kromosom homolog dan terjadi pada masa meiosis I

(saat crossing over). Terjadi rekombinasi kromatid

paternal dan maternal yang disebut kiasma dan

hasilnya disebut dengan chromatid exchange. Lihat

gambar di samping.

Syarat yang harus dimiliki untuk terjadinya gene

rearrangement adalah :



1. Terdapat dua DNA dari yang berasal dari berbeda lokus atau

berbeda sel (intinya dari sumber yang berbeda) sehingga terjadi

rekombinasi

2. Kedua DNA harus memiliki site specific recombination (SSR)

3. Rekombinasi ini akan dikatalis oleh protein atau enzim yang

cocok (mengenal segmen spesifik tadi yaitu SSR) pada DNA

yang mengalami gene rearrangement tadi

Contoh :

a) Rekombinasi antara gen bakteriofage lambda pada DNA

bakteri E. coli. Di mana terjadi rekombinasi gen bakteriofag dan

DNA bakteri sehingga membentuk profage kemudian dieksisi

sehingga akan ditransmisikan ke bakteri selanjutnya pada siklus

lisogenik. Rekombinasi ini dimediasi oleh protein virus yang

disebut integrase (int) yang mengenal site-specific

recombination sequence virus pada host.

Hasilnya ada dua cara :

1. Gen virus ditranskripsi dan ditranslasi dan akan

menghasilkan virus baru sehingga virus tadi dapat keluar

dari sel di mana sel bakteri akan lisis

2. DNA virus akan diintegrasikan ke DNA genom bakteri

(proses gene rearrangement) sehingga membentuk

profage (yang akan direplikasikan bersama genom bakteri

sehingga tiap bakteri membawa profage ini), di mana DNA

virus terintegrasi ke DNA genom bakteri akan disebut

provirus (Contoh : Hepatitis B diserang virus sehingga gen

virus mengintegrasikan genom sel hati, akan terjadi

rearrangement sehingga sel hati akan membentuk

karsinoma)



b) Rekombinasi DNA pada Rearrangement Gen Ig dan TCR

Rekombinasi segmen V dan D gen Ig atau TCR terjadi

karena ada recombination signal sequence (RSS) di mana

fungsinya sama seperti SSR yang berada di ujung (hulu 5’ dan

hilir 3’) ekson V da D. RSS dikenal dan dieksisi oleh protein

kompleks RAG1 dan RAG2.

Setelah RSS dieksisi, sekuens DNA antara ekson V dan D

dieliminasi sehingga terjadi rekombinasi antara kedua jenis tadi.

Jika antara V dan D sudah dekat akan disambung oleh enzim

ligase sehingga menghasilkan gen baru. Terjadilah

pengekspresian protein yang spesifik untuk immunoglobulin

dan TCR.

D. Rearrangement pada Bakteri

Akan menghasilkan varian protein untuk beradaptasi terhadap

perubahan lingkungan (karena lingkungan ini tidak

menguntungkan untuk kelangsungan hidup bakteri) sehingga bisa

survive. Dapat dilakukan untuk resisten terhadap antibiotik atau

menghindari sel imun host. Berikut macam-macam rearrangement

pada bakteri :

1. Transposisi Gen atau DNA

Terjadi pada Neisseria gonorrhoeae yang menghindar

respon sIgA dengan mengubah antigen permukaan kemudian

melekat ke epitel mukosa uretra atau serviks menggunakan pili.

Pili ini dikonstruksi oleh pilin.



Pilin akan diubah komposisinya agar dapat menghindari

sIgA agar tetap bisa menempel pada epitel mukosa (terhindar

dari sIgA). sIgA ini dapat bergabung dengan protein pilin pada

permukaan mukosa uretra sehingga Neisseria gonorrhoeae

gagal menginfeksi epitel, maka jika ingin menginfeksi lagi

Neisseria gonorrhoeae ini harus mengubah struktur pilinnya

agar tidak dikenali oleh sIgA.

2. Inversi Gen

Merupakan proses pemotongan segmen DNA kemudian

disambung kembali dengan orientasi berbeda (terbalik dari

sebelumnya).

Hal ini terjadi pada Campylobacter fetus (bakteri gram

positif) yang bersifat patogen pada hewan ternak dan manusia.

Biasanya menyerang di daerah peternakan. Bakteri ini akan

mengekspresikan S-layer protein (SLP) semacam lendir di

permukaan selnya yang dapat bereaksi dengan komplemen

C3b (protein serum yang akan melakukan opsonisasi dan

memediasi sel fagosit).



Agar tidak dikenali oleh C3b, bakteri ini akan melakukan

rearrangement dan melakukan inversi sehingga terjadi

perubahan pada komposisi protein SLP tadi.

E. Gene Rearrangement pada Eukariota

Pada manusia, gene rearrangement dapat terjadi secara normal

(fisiologis) yang diperlukan untuk fungsi normal tubuh dan dapat

terjadi juga gene rearrangement yang menyebabkan sakit

(patologis).

1. Gene Rearrangement Patologis

Rearrangement pada gen bcr atau abl karena translokasi

kromosom 9 (abl) dan 22 (bcr) yang mengalami translokasi. Di

mana kedua ini akan berekombinasi dan menghasilkan protein

baru yang akan menginduksi leukimia mieloblastik kronik. Jika

protein rekombinan diambil dari serumnya dan disuntikan ke

binatang percobaan (misal : monyet) maka monyet itu akan

terserang juga tapi tidak permanen.

Kromosom hasil translokasi disebut kromosom philadelphia

yang dijadikan marker dari penderita leukimia myeloblastik

kronik. Translokasi terjadi karena adanya radiasi masif (biasanya

di Jepang seperti korban Nagasaki dan Hiroshima).



2. Gene Rearrangement Fisiologis

- Gen fisiologis melibatkan gen Immunoglobin dan reseptor

sel T (TCR) yang diekspresikan oleh limfosit T untuk

mengenali kompleks Ag-HLA (reaksi seluler). Jika telah

dikenali maka akan terjadi reaksi sitotoksik atau reaksi sitokin

di mana sel menjadi lisis (struktur molekul TCR ada dua yaitu

alfa dan beta atau gamma dan sigma)

- Immunoglobulin (Ig) disintesis oleh limfosit B untuk

mengenali antigen bebas dan reaksinya disebut reaksi

humoral (struktur molekul Ig ada H dan Lk , Lλ)

Regio variabel menentukan spesifisitas reseptor terhadap

antigen. Alfa dan beta pada molekul TCR merupakan klaster

karena ada dua gen yang menempati satu lokus yang sama.

Berikut bentuk gen Ig dan TCR di dalam tubuh :

Bentuk Germline

Seluruh tubuh membawa gen Ig dan TCR tapi tidak

fungsional, gen yang tidak fungsional ini disebut gen

germline (pre Sel T dan pre Sel B) yaitu sel-sel calon yang

masih stadium stem cell.

Bentuk Rearrangement

Merupakan gen fungsional pada sel T dan sel B yang

telah matur di mana kedua sel dibuat di sum sum tulang

kemudian sel B tetap di sum sum tulang sampai matang,

sedangkan sel T akan dikirim ke kelenjar timus untuk

maturisasi. Rearrangement ini terjadi di timus.



Jika semua terjadi rekombinasi, maka limfosit akan

memiliki 1 milyar kombinasi sementara immunoglobulin

akan memiliki 16,5 x 1011 kombinasi.

F. Pemanfaatan Gene Rearrangement

Rearrangement gen TCR dan Ig sebagai penanda galur dan

distribusi klon sel T dan sel B. Limfosit T atau B dari galur tertentu

menunjukkan pola gene rearrangement TCR atau Ig yang khas.

Atau limfosit T atau B akan memiliki gambaran rearrangement yang

sama. Intinya satu klon sel akan memiliki pola rearrangement yang

sama akan disebut monoklonal. Tetapi ada juga yang poliklonal

karena memiliki pola rearrangement yang beda padahal dalam klon

yang sama.

G. Cara Deteksi Rearrangement Gen TCR dan Ig

1. RFLP

Merupakan determinasi fragmen restriksi pada Southern

blot. Tiap gen memiliki situs restriksi berbeda, misal gen A dapat

direstriksi dengan enzim X tapi gen B belum tentu bisa direstriksi

oleh enzim X. Kemudian saat di elektroforesis, akan

menghasilkan hasil berbeda-beda.

Hasil elektroforesis jika memiliki kesamaan yang disebut sel

germline. Tapi ada beberapa individu sakit (misal : hepatitis akut

sehingga sel hati terserang virus Hepatitis maka ada sel T

spesifik yang akan mengeliminasi virus dari liver dengan

memperbanyak klon di darah) sehingga jika dilakukan analisa

akan muncul pita rearrange (jika tidak sakit tidak memiliki pita

ini).



2. PCR

Amplifikasi gen menggunakan primer yang komplementer yang

kemudian akan direplikasi oleh DNA polimerase. Jika bagian

intron teramplifikasi maka tidak terjadi gene rearrangement

karena seharusnya intron dihilangkan, jika intron tidak

teramplifikasi maka dapat disebut gene rearrangement.

H. Manfaat Deteksi Rearrangement Gen TCR dan Ig

Manfaatnya adalah untuk memantau kelaianan dan patologi

limfoproliferasi. Antara lain untuk mendeteksi penyakit :

1. Leukimia limfositik dan limfoma

Sel leukemia dan neoplasma limfoblastik berasal dari

satu sel ansestor yang berproliferasi lebih agresif dari sel

normal. Sehingga membentuk satu klon sel T secara

dominan di sirkulasi darah dan limfe. Kemudian dilakukan

pengobatan dengan radioterapi dan kemoterapi, setiap

selesai harus dicek. Jika berhasil maka pita germline yang

tadinya tidak ada pada penderita leukimia limfositik akan

muncul diikuti dengan menipis dan menghilangnya pita

rearrangement.

2. Penyakit Autoimun

Disebabkan ada reaksi imun berlebihan di tempat-

tempat tertentu. Biasanya karena peningkatan proliferasi sel

T monoklonal atau oligoklonal yang spesifik, berikut

contohnya : rhematoid arthritis (bagian sendi yang

meradang terus menerus karena ekspansi klon sel T),

autoimun chronic active hepatitis (pada hati terjadi ekspansi

klon sel T spesifik maka jika dilakukan biopsi dari hati lalu

diperbanyak DNA dan di RFLP akan muncul banyaknya sel

klon), dan psoriasis (autoimun pada kulit maka dapat

dilakukan isolasi dari limfosit psoriasi maka ditemukan klon

spesifik).

3. Penyakit Infeksi Virus dan Bakteri Intraseluler

Akan dapat mendeteksi beberapa penyakit yang

disebabkan infeksi virus dan bakteri intraseluler.

C18 Gene Rearrangement

Health & Medicine

Transcript of C18 Gene Rearrangement