Materi 2 – Kontrol Pembelahan Sel Imun dan Kanker

Pendahuluan: Keseimbangan Homeostasis Genetik

Dalam organisme multiseluler, pembelahan sel bukan sekadar proses reproduksi sel, melainkan mekanisme yang diatur secara ketat oleh sinyal genetik.

Pada Sel Imun: Pembelahan bersifat episodik. Sel hanya membelah secara masif saat ada aktivasi antigen (misal: infeksi), lalu berhenti atau mati setelah ancaman hilang.

Pada Sel Kanker: Pembelahan bersifat otonom. Terjadi kegagalan pada “sakelar” genetik yang seharusnya menghentikan siklus sel.

1. Dasar Genetik Kontrol Siklus Sel

Siklus sel dikendalikan oleh interaksi antara protein yang diproduksi oleh dua kelompok gen utama:

Contoh Penting: Gen p53 (The Guardian of the Genome). Jika DNA rusak, p53 akan menghentikan siklus sel di fase G1 untuk perbaikan atau memicu apoptosis jika kerusakan terlalu parah.

2. Kontrol Genetik pada Sel Imun

Sel imun (khususnya Limfosit T dan B) memiliki keunikan genetik yang tidak dimiliki sel lain:

• Rekombinasi V(D)J: Proses pemotongan dan penyambungan gen secara sengaja untuk menciptakan keragaman antibodi/reseptor.
• Proliferasi Klonal: Ketika antigen terdeteksi, gen pengatur siklus sel memicu pembelahan yang sangat cepat (ekspansi).
• Checkpoints Imun: Adanya gen pengontrol seperti CTLA-4 dan PD-1 yang berfungsi sebagai “rem molekuler” untuk mencegah limfosit membelah tanpa kendali yang bisa menyebabkan autoimun.

3. Molekul Pengatur: Cyclin dan CDK

Secara molekuler, pembelahan sel dikendalikan oleh pasangan protein:

1. Cyclin: Protein yang konsentrasinya naik-turun sesuai fase siklus sel.
2. CDK (Cyclin-Dependent Kinases): Enzim yang aktif hanya saat berikatan dengan Cyclin.

Pada sel kanker, sering kali terjadi overekspresi gen Cyclin atau mutasi pada inhibitor CDK, sehingga sel terus melewati fase pemeriksaan (checkpoints) tanpa verifikasi keamanan DNA

4. Teori “Two-Hit Hypothesis” (Knudson)

Mahasiswa perlu memahami mengapa kanker seringkali memerlukan waktu lama untuk berkembang:

• Hit 1: Mutasi pertama pada satu alel gen penekan tumor (bisa keturunan atau sporadis).
• Hit 2: Mutasi pada alel kedua.
  Setelah kedua “rem” ini rusak, kontrol pembelahan hilang sepenuhnya, memicu transformasi sel normal menjadi sel ganas.

5. Hubungan Imun dan Kanker: Immunoediting

Sistem imun sebenarnya adalah “polisi genetik” yang memantau sel-sel yang pembelahannya mulai tidak normal. Kanker terjadi jika:

1. Escape: Sel kanker bermutasi sehingga tidak lagi mengekspresikan antigen yang bisa dikenali sel imun.
2. Exhaustion: Sel imun menjadi “lelah” karena sinyal pembelahan kanker yang terlalu persisten

Sel Imun dan Kanker

Pengendalian pembelahan sel imun sangat mendasar bagi kanker, bertindak sebagai pengatur penting pertumbuhan tumor.Sistem kekebalan tubuh, khususnya sel Natural Killer (NK) dan limfosit T sitotoksik, memantau dan menghancurkan sel-sel yang menunjukkan pembelahan yang tidak terkontrol. Namun, sel kanker sering kali lolos dari deteksi ini dengan membajak proses pengaturan normal, seperti pos pemeriksaan kekebalan dan kontrol siklus sel, yang menyebabkan penghindaran kekebalan.

Mekanisme Pengendalian Kekebalan Tubuh

• Pengawasan imun: Tubuh terus-menerus memantau sel-sel abnormal dengan DNA yang rusak, menggunakan sel darah putih untuk menghancurkannya.
• Pos Pemeriksaan Imun: Reseptor seperti PD-L1 dan CTLA-4 digunakan oleh sel imun untuk menjaga homeostasis dan mencegah autoimunitas; namun, sel kanker mengekspresikan reseptor ini secara berlebihan untuk menginduksi “kelelahan” sel T dan menghindari penghancuran.
• Regulasi Sitokin: Sel imun inflamasi (misalnya, sel T) dapat menghambat pertumbuhan tumor, tetapi makrofag yang terkait dengan tumor terkadang dapat memicu pertumbuhan tumor. 

Bagaimana Sel Kanker Menghindari Kontrol Kekebalan Tubuh

• Penekanan Sistem Kekebalan Tubuh: Tumor menciptakan lingkungan imunosupresif dengan mensekresikan zat-zat seperti TGF-β dan merekrut sel T regulator.
• Resistensi Mitosis: Sel kanker dalam fase mitosis (pembelahan aktif) mengekspresikan protein penghambat kekebalan tubuh seperti HLA-G dan PD-L1 dalam kadar yang lebih tinggi, sehingga membuatnya lebih resisten terhadap serangan kekebalan dibandingkan dengan sel dalam fase istirahat.
• Mutasi Genetik: Sel kanker memutasi gen-gen kunci, seperti gen-gen dalam jalur presentasi antigen MHC kelas I, sehingga menjadi tidak terlihat oleh sel T CD8+. 

Strategi Terapi

• Imunoterapi: Teknik-teknik seperti terapi sel T CAR, antibodi monoklonal, dan penghambat titik kontrol imun (misalnya, anti-PD-L1) dirancang untuk “mengungkap” sel kanker dan meningkatkan sistem kekebalan tubuh.
• Inhibitor Siklus Sel: Obat-obatan yang menghambat siklus sel, khususnya inhibitor CDK4/6, dapat menurunkan ekspresi PD-L1 dengan menjaga sel tetap berada dalam fase G1, sehingga meningkatkan infiltrasi sel imun dan meningkatkan efektivitas pengobatan lainnya.
• Peringatan tentang Penghambatan Mitosis: Meskipun penghambat mitosis (misalnya, paclitaxel) umum digunakan, beberapa penelitian menunjukkan bahwa menginduksi penghambatan mitosis total justru dapat meningkatkan resistensi terhadap serangan imun. 

Tabel Ringkasan Interaksi Sel Imun-Kanker

Komponen	Fungsi dalam Pengendalian/Perkembangan Kanker
Sel T Sitotoksik	Membunuh sel tumor melalui pengenalan antigen asing
Sel Pembunuh Alami (NK)	Pertahanan lini pertama, penghancuran sel abnormal secara bawaan.
PD-L1/HLA-G	Titik-titik pemeriksaan yang dieksploitasi oleh kanker untuk menghindari serangan sel T.
Inhibitor CDK4/6	Meningkatkan infiltrasi imun dengan menghentikan siklus sel di fase G1.
Lingkungan Mikro Tumor	Dapat dimanipulasi oleh kanker untuk bersifat imunosupresif

Keseimbangan antara laju pembelahan sel dan pengawasan imun menentukan apakah tumor diberantas atau berkembang.

A. Sel Imun 

Sel Imun adalah objek studi yang luar biasa karena mereka adalah satu-satunya sel somatik dalam tubuh manusia yang secara rutin melakukan pengaturan ulang genom (DNA rearrangement) sebagai bagian dari fungsi normalnya.

1.Keunikan Genetik: Rekombinasi Somatik

Berbeda dengan sel kulit atau sel otot yang menjaga urutan DNA-nya tetap statis, sel imun (limfosit B dan T) melakukan modifikasi DNA yang dramatis:

Implikasi Kontrol: Proses pemotongan DNA ini sangat berisiko. Jika terjadi kesalahan penyambungan (translokasi), gen yang seharusnya mengontrol pembelahan (seperti MYC) bisa berpindah ke dekat promotor gen imun yang sangat aktif, memicu pembelahan tak terkendali (Limfoma).

V(D)J Recombination: Sel imun memotong dan menyambung kembali gen mereka sendiri untuk menghasilkan jutaan variasi reseptor antigen.

2. Ekspansi Klonal (Pembelahan Terprogram)
Sel imun memiliki kontrol siklus sel yang sangat responsif:

Terminasi: Setelah infeksi mereda, gen pro-apoptosis (seperti Bax atau Bak) diaktifkan untuk memangkas jumlah sel imun yang berlebih, menyisakan hanya sel memori.

Fase Quiescent (G0): Sebagian besar sel imun berada dalam fase istirahat.

Aktivasi: Ketika reseptor mengenali antigen, sel menerima sinyal genetik untuk masuk ke siklus sel secara masif. Ini adalah contoh pembelahan sel yang paling cepat pada mamalia dewasa.

3. Checkpoints: Penjaga Keamanan

Sistem imun memiliki “checkpoints” genetik untuk memastikan mereka tidak menyerang tubuh sendiri atau membelah tanpa henti:

• CTLA-4 & PD-1: Ini adalah protein permukaan yang berfungsi sebagai “rem”. Secara genetik, ekspresi protein ini meningkat setelah sel imun aktif beberapa lama untuk mencegah kerusakan jaringan.
• Koneksi Kanker: Sel kanker sering kali “mencuri” mekanisme ini dengan mengekspresikan ligan (PD-L1) yang menekan sel imun, membuat sel imun “tertidur” dan gagal mengontrol tumor.

B. Sel Kanker

Dalam studi genetika, sel kanker didefinisikan sebagai sel yang mengalami akumulasi mutasi sehingga kehilangan homeostasis pembelahan. Jika sel imun adalah “tentara yang disiplin”, maka sel kanker adalah “pemberontak” yang mengabaikan semua regulasi molekuler.

Berikut adalah pilar utama materi mengenai genetika sel kanker:

1. Hallmarks of Cancer (Sifat Dasar Genetik)

Menurut konsep Hanahan dan Weinberg, sel kanker memiliki kemampuan genetik untuk:

• Self-sufficiency: Memproduksi sinyal pertumbuhan sendiri tanpa perintah tubuh.
• Insensitivity: Mengabaikan sinyal anti-proliferasi (rem biologis).
• Evading Apoptosis: Mematikan jalur bunuh diri sel meski DNA rusak parah.
• Limitless Replication: Mengekspresikan enzim Telomerase agar kromosom tidak memendek, sehingga sel bisa membelah selamanya (immortal).

2. Akumulasi Mutasi: “Driver” vs “Passenger”

Tidak semua mutasi menyebabkan kanker. Mahasiswa harus membedakan:

• Driver Mutations: Mutasi pada gen kunci (seperti TP53, RAS, APC) yang langsung mendorong transformasi keganasan.
• Passenger Mutations: Mutasi “penumpang” yang terjadi akibat instabilitas genom tetapi tidak berkontribusi langsung pada progresivitas kanker.

3. Instabilitas Genomik

Sel kanker sering kehilangan kemampuan DNA Repair. Hal ini menyebabkan:

• Aneuploidi: Jumlah kromosom yang tidak normal (misal: 47 atau 92 kromosom).
• Translokasi: Potongan kromosom berpindah ke tempat yang salah, sering kali menggabungkan dua gen menjadi satu protein baru yang berbahaya (contoh: Kromosom Philadelphia pada Leukemia).

4. Epigenetik Kanker

Kontrol pembelahan tidak hanya rusak karena perubahan urutan DNA, tetapi juga perubahan ekspresi gen:

• Hipermetilasi Promotor: Menempelnya gugus metil pada promotor gen penekan tumor (Tumor Suppressor Gene), sehingga gen tersebut “bungkam” meskipun urutan DNA-nya normal.

5. Interaksi dengan Sel Imun (Immune Evasion)

Sel kanker melakukan “penyamaran genetik” agar tidak dihancurkan oleh sel imun melalui:

1. Downregulation MHC: Menghilangkan “papan pengenal” sel sehingga sel T tidak bisa mendeteksi keberadaan mereka.
2. Sekresi Sitokin Inhibitor: Melepaskan zat kimia yang membuat sel imun di sekitar tumor menjadi tidak aktif (anergik).

Tahapan:

Ilustrasi skematis siklus kanker–imunitas, yang mewakili tujuh langkah kunci dalam mengembangkan respons imun terhadap kanker: (1) Antigen tumor dilepaskan; (2) sel dendritik menangkap dan menyajikan antigen tumor kepada sel T; (3) sel T diaktifkan dan dibedakan menjadi sel T efektor; (4) sel T efektor ditelusuri ke sel tumor; (5) sel T efektor menginfiltrasi jaringan tumor; (6) sel T mengenali sel kanker; (7) penekanan sel kanker.

Inhibitor checkpoint imun yang disetujui FDA sebagai intervensi terapeutik dalam pengobatan kanker. Sel T diaktifkan melalui presentasi antigen oleh molekul kompleks histokompatibilitas utama (MHC) pada permukaan sel tumor atau pada sel penyaji antigen (APC) seperti sel dendritik (DC), yang dikenali oleh reseptor sel T (TCR). Sel T yang diaktifkan akan meningkatkan ekspresi reseptor permukaan sel ko-inhibitor seperti PD-1 dan CTLA-4. Pengikatan PD-1 ke ligan-ligannya, PD-L1, atau PD-L2, akan menghambat pensinyalan hilir TCR, sehingga menurunkan aktivitas sel T. Terapi antibodi yang menargetkan PD-1 atau PD-L1 dapat mengaktifkan kembali sel T yang kelelahan di lokasi tumor, meningkatkan aktivitasnya dan memungkinkan sel T untuk menghancurkan sel tumor. Pengikatan CTLA-4 ke ligan-ligannya, B7, CD80, atau CD86, menekan aktivitas sel T. Dengan memblokir interaksi CTLA-4 dengan antibodi anti-CTLA-4, proliferasi sel T akan diaktifkan.

Perbedaan Utama Kontrol Pembelahan

Fitur	Sel Imun (Normal)	Sel Kanker
Pemicu Belah	Antigen (Sinyal Eksternal)	Mutasi Onkogen (Sinyal Internal)
Siklus Sel	Berhenti setelah antigen hilang	Terus menerus (Abadi)
Stabilitas DNA	Mengatur DNA secara spesifik & presisi	Instabilitas genomik total
Apoptosis	Sensitif terhadap sinyal kematian	Resisten/Kebal terhadap apoptosis

KONTROL GENETIK RESPON IMUN

A. Komponen Sistem Imun Vertebrata 

Ketika zat asing yang disebut antigen memasuki aliran darah mamalia, zat tersebut  memicu mekanisme pertahanan, respons imun, yang menghasilkan sintesis kelompok protein  yang sangat penting yang disebut antibodi. Antibodi ini mengikat antigen dengan spesifisitas  yang luar biasa, sehingga memudahkan pembuangannya dari sistem peredaran darah. Selama  beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa urutan DNA mengkodekan  berbagai macam antibodi yang diproduksi oleh sistem imun mamalia disusun selama  diferensiasi sel-sel penghasil antibodi melalui terjadinya serangkaian penataan ulang genom  yang baru.

Adapun sistem imun didukung oleh beberapa komponen, seperti sel darah putih. Tiga  jenis sel darah putih yang berbeda memainkan peran utama dalam respons imun pada  vertebrata. Sel-sel ini adalah (1) limfosit B (disebut sel B karena diproduksi di sumsum tulang),  (2) limfosit T (disebut sel T karena diproduksi di kelenjar timus), dan (3) makrofag. Antibodi  disintesis oleh limfosit B dan disekresikan atau tetap terikat membran pada permukaan sel B  tergantung pada kondisinya. Selama respons imun humoral, antibodi ini mengikat antigen  bebas dalam sistem peredaran darah dan mengaglutinasinya. Kompleks antibodi-antigen yang  dihasilkan kemudian dicerna dan didegradasi oleh makrofag (Gambar 1, kiri). Limfosit T  memediasi respons imun seluler. Sel T mensintesis reseptor antigen yang mengenali antigen  pada permukaan sel dan memicu lisis sel yang mengandung antigen oleh sel T yang diaktifkan  (Gambar 1, kanan). Limfosit T yang berbeda melakukan fungsi ini dengan cara yang sedikit  berbeda. Namun, secara umum, serangan sel T pada sel pembawa antigen memerlukan reseptor  sel T spesifik dan satu atau lebih reseptor antigen histokompatibilitas.

Aspek yang paling luar biasa dari respons imun, setidaknya dari sudut pandang genetika,  adalah respons yang tampaknya sebagai respons terhadap antigen pada hewan yang  sebelumnya tidak ditemui. Bagaimana suatu organisme dapat mempersiapkan diri untuk  mensintesis antibodi yang dirancang untuk mengikat secara sangat spesifik pada antigen  tertentu tanpa pernah melakukan kontak dengan antigen tersebut.

B. Struktur Antibodi

Antibodi termasuk dalam golongan protein yang disebut imunoglobulin. Setiap antibodi  adalah tetramer yang terdiri dari empat polipeptida, dua light chains identik dan heavy chains identik, yang disatukan oleh ikatan disulfida (Gambar 2). Light chains panjangnya sekitar 220  asam amino, dan rantai berat panjangnya sekitar 440-450 asam amino. Setiap light and heavy  chains memiliki amino-terminal variable region, di mana urutan asam amino bervariasi di  antara antibodi yang spesifik untuk antigen yang berbeda, dan constant region karboksil terminal, di mana urutan asam amino sama untuk semua antibodi yang disebut kelas Imunoglobulin (Ig). Variable region dari semua rantai antibodi panjangnya sekitar 110 asam  amino.

Protein region yang menjalankan fungsi tertentu disebut domains. Setiap antibodi  memiliki dua situs atau domains pengikat antigen, yang masing-masing dibentuk oleh daerah  variabel dari satu light chains dan satu heavy chains. Selain itu, daerah konstan dari dua rantai  berat berinteraksi untuk membentuk domain ketiga, yang disebut domain fungsi efektor, yang  bertanggung jawab atas interaksi antibodi yang tepat dengan komponen lain dari sistem imun.

Ada lima kelas antibodi antara lain, IgM, IgD, IgG, IgE, dan IgA. Kelas tempat antibodi  berada, dan dengan demikian fungsi yang dijalankannya, ditentukan oleh constant region pada

heavy chains (yaitu, struktur domain fungsi efektornya). Misalnya, antibodi IgD biasanya tetap  terikat pada permukaan sel tempat mereka disintesis, sedangkan antitodi IgG biasanya  disekresikan dan beredar melalui tubuh dalam aliran darah. Light chains antibodi terdiri dari  dua jenis, kappa dan lambda, dengan jenis ditentukan oleh constant region pada light chains.  Seperti yang akan kita lihat, antibodi mungkin memiliki spesifisitas pengikatan antigen yang  sama, seperti yang ditentukan oleh daerah variabel dari keempat rantai, tetapi fungsi  imunologis yang berbeda, seperti yang ditentukan oleh constant region pada heavy chains.

C. Hypothesis Antibody Diversity

Upaya-upaya terdahulu untuk menjelaskan dasar genetik keragaman antibodi dapat  dikelompokkan secara garis besar ke dalam tiga hipotesis berbeda.

1. Hipotesis “germ line” menyatakan bahwa terdapat gen garis keturunan yang terpisah untuk  setiap antibodi. Hal ini sesuai dengan pengetahuan awal tentang sintesis protein. 2. Hipotesis “somatic mutation” menyatakan bahwa hanya terdapat satu atau beberapa gen  garis keturunan yang menentukan setiap kelas utama antibodi dan bahwa keragaman tersebut  dihasilkan oleh frekuensi tinggi mutasi somatik.

3. Hipotesis “minigene” menyatakan bahwa keragaman tersebut dihasilkan oleh shuffling  banyak segmen kecil dari beberapa gen menjadi banyak kemungkinan kombinasi. Shuffling  terjadi melalui proses rekombinasi dalam sel somatik. 

D. Diferensiasi Limfosit B (Light Chains, Heavy Chains, and Class Switching) The light and heavy chains dari antibodi dikodekan oleh lokus yang berbeda dalam  genom. Pada manusia, terdapat dua lokus light chains, lokus kappa pada kromosom 2 dan lokus  lambda pada kromosom 22, dan terdapat satu lokus heavy chains, yang terletak pada kromosom  14. Masing-masing lokus ini terdiri dari serangkaian segmen gen yang panjang. Lokus kappa  menunjukkan bagaimana segmen-segmen ini diatur dan bagaimana mereka direkombinasi  menjadi urutan pengkodean yang koheren untuk menghasilkan polipeptida yang berbeda (Gambar 3). Polipeptida kappa dikodekan oleh tiga jenis segmen gen: 

1. Segmen gen L_kV_k, yang mengkode leader peptida dan 95 asam amino aminoterminal dari  variable region kappa light chain; leader peptida dikeluarkan dari light chains kappa  melalui pembelahan setelah memandu polipeptida yang baru terbentuk melalui membran  retikulum endoplasma dalam sel plasma yang mensintesis antibodi. 

2. Segmen gen Jk, yang mengkode 13 asam amino terakhir dari daerah variable region kappa  light chain; simbol J digunakan untuk segmen gen ini karena peptida yang dikodenya

menggabungkan peptida terminal amino yang dikode oleh segmen L_kV_k ke peptida  terminal karboksi yang dikode oleh jenis segmen gen berikutnya.

3. Segmen gen C_k, yang mengkode daerah konstan kappa light chain. Pada manusia, lokus  kappa mengandung 76 segmen gen L_kV_k (meskipun hanya 40 yang fungsional), lima  segmen gen Jk, dan satu segmen gen C_k. Segmen gen Jk terletak di antara segmen gen L_kVk dan segmen gen C_k. Pada sel garis keturunan, lima segmen Jk dipisahkan dari segmen L_kVk oleh urutan nonpengkodean yang panjang, dan dari segmen gen C_k oleh urutan  nonpengkodean lain yang panjangnya sekitar 2 kb

E. Signal Sequence 

Bagaimana genome rearrangements yang terjadi selama perkembangan limfosit B  diatur? Apa yang mengendalikan somatic recombination sehingga segmen gen V bergabung  dengan segmen J dan bukan dengan segmen V lain atau langsung ke segmen C? Beberapa  segmen panjang DNA kromosom yang membawa gugus segmen gen V, segmen gen D, dan  segmen gen dari manusia kini telah diurutkan, dan urutan pasangan nukleotida yang dihasilkan  menunjukkan adanya sinyal penggabungan V-J, V-D, dan D-J yang spesifik (Gambar 4).  Urutan sinyal yang sama ditemukan berdekatan dengan semua segmen gen V. Demikian pula,

semua segmen gen J memiliki urutan sinyal identik yang terletak berdekatan dengan urutan  pengkodeannya; namun, urutan sinyalnya berbeda dari yang berdekatan dengan segmen gen v.  Demikian pula, segmen gen D dan C memiliki urutan sinyal yang berdekatan sendiri.

F. Variable Joining and Somatic Mutations

Perbandingan keragaman urutan asam amino yang ada dalam molekul antibodi dengan  yang diprediksi dari urutan segmen gen yang mengode antibodi ini mengungkapkan bahwa  terdapat lebih banyak variasi dalam urutan asam amino pada V-J junctions daripada urutan  nukleotida. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa sebagian besar keragaman tambahan  ini dapat dijelaskan oleh variasi pada lokasi rekombinasi yang tepat selama peristiwa V-J  joining events. Contoh penggunaan lokasi penggabungan alternatif segmen gen V_k dan J_k pada  diilustrasikan dalam Gambar 5. Selama penggabungan segmen gen V_k41 dan J₅, rekombinasi  telah terbukti terjadi antara empat posisi nukleotida yang berdekatan di lokasi sambungan.  Peristiwa rekombinasi ini menghasilkan empat urutan nukleotida berbeda yang mengode tiga  asam amino berbeda pada posisi 96 dalam lights chains kappa tikus. Lebih lanjut, karena asam  amino 96 terjadi di wilayah rantai antibodi yang terlibat dalam pengikatan antigen, peristiwa  V-J joining events alternatif jenis ini tidak diragukan lagi berkontribusi secara signifikan  terhadap keragaman spesifisitas antibodi yang diamati pada vertebrata.

G. Clonal Selection

Seleksi klonal merupakan teori tentang bagaimana suatu organisme memulai sintesis  antibodi yang spesifik terhadap antigen yang belum pernah ditemuinya sebelumnya. Semua  antibodi yang diproduksi oleh satu limfosit B memiliki spesifitas pengikatan antigen yang  sama. Namun, sel-sel yang berbeda dalam populasi limfosit B akan mengalami penataan ulang  genom yang berbeda yang mengarah pada produksi antibodi dengan spesifitas yang berbeda.  Dengan demikian, populasi limfosit B pada manusia atau tikus akan menghasilkan berbagai  macam antibodi. Teori seleksi klonal menyatakan bahwa pengikatan antigen asing tertentu ke  antibodi pada permukaan limfosit B merangsang sel tersebut untuk membelah, menghasilkan  sejumlah besar limfosit B tertentu (“klon” dari sel-sel yang identik) dan dengan demikian  sejumlah besar antibodi tertentu yang mengenali antigen asing (Gambar 6).

H. T Cell Receptor

Limfosit T memediasi respons imun seluler. Sel T mengenali antigen pada permukaan  sel dan membunuh sel yang membawa antigen ini. Seperti antibodi yang diproduksi oleh  limfosit B, sel T dapat mengenali dan menghancurkan sel yang membawa berbagai macam  antigen. Dengan demikian, respons sel T juga menunjukkan tingkat spesifisitas yang  fenomenal. Sel T menghasilkan reseptor yang terikat membran yang sangat mirip dengan  antibodi yang diproduksi oleh limfosit B. Selain itu, keragaman spesifisitas reseptor sel T dihasilkan oleh penataan ulang genom yang analog dengan yang terlibat dalam produksi  antibodi.

Sel T harus secara bersamaan mengenali antigen yang menyerang pada permukaan sel  dan protein lain yang hanya menempel pada permukaan sel. Protein permukaan sel kedua yang  harus dikenali sel T ini adalah produk dari salah satu dari banyak gen dalam kompleks  histocompatibility complex (MHC). Lokus MHC mengkodekan kelompok protein kompleks  yang ada pada semua sel dalam tubuh manusia. Dengan demikian, sel T mampu mengenali dan  menghancurkan sel apa pun yang memproduksi antigen tertentu di jaringan tubuh mana pun. 

Reseptor sel T terdiri dari dua poli rantai peptida, α dan ß, masing-masing dikodekan  oleh segmen gen L-V, D, J, dan C seperti rantai antibodi. Polipeptida α dan ß, seperti rantai  antibodi, mengandung variable regions yang membentuk situs pengikatan antigen dan constant  regions yang mengikat reseptor pada permukaan sel (Gambar 7). Variable regions reseptor sel  T dikodekan oleh beberapa L-V, D, dan J, constant regions dikodekan oleh segmen gen C. Gen  reseptor sel T disusun oleh genomic rearrangements yang terjadi selama diferensiasi limfosit  T dari sel induk seperti halnya gen antibodi dalam limfosit B yang sedang berkembang. Protein  reseptor α dan ß, dikodekan oleh segmen gen yang berjejer dalam kelompok, pada kromosom  yang mirip dengan yang mengkode rantai antibodi. Pada manusia, kelompok segmen gen α dan  ß, masing-masing terletak pada kromosom 14 dan 7. (Kelompok segmen gen lain mengkode  jenis ketiga polipeptida reseptor sel T yang disebut γ yang terdapat pada jenis sel T tertentu.  Ada beberapa jenis sel T berbeda yang menjalankan fungsi berbeda selama respons imun.)

KONTROL GENETIK PEMBELAHAN SEL KANKER

A. Regulasi Pembelahan Sel dan Terjadinya Kanker

Siklus sel terdiri dari periode pertumbuhan, sintesis DNA, dan pembelahan. Panjang  siklus ini dan durasi masing-masing fasenya dikendalikan oleh sinyal kimia eksternal dan  internal. Transisi dari setiap fase siklus memerlukan integrasi sinyal kimia tertentu dan respons  yang tepat terhadap sinyal-sinyal ini. Jika sinyal-sinyal tersebut tidak dirasakan dengan benar  atau jika sel tidak dipersiapkan dengan baik untuk merespons, sel tersebut dapat menjadi  kanker.

Pandangan terkini tentang kontrol siklus sel adalah bahwa transisi antara berbagai fase  siklus (G1, S, G2, dan M diatur di “checkpoints”) (Gambar 8). Checkpoints adalah mekanisme  yang menghentikan perkembangan melalui siklus hingga proses kritis seperti sintesis DNA  selesai, atau hingga DNA yang rusak diperbaiki. Ketika checkpoints terpenuhi, siklus sel dapat  berlanjut. Dua jenis protein memainkan peran penting dalam perkembangan ini, yaitu cyclins

and cyclin-dependent kinases, yang sering disingkat CDK. Kompleks yang terbentuk antara  siklin dan CDK menyebabkan siklus sel berlanjut.

CDK merupakan komponen aktif katalitik dari mekanisme siklus sel. Protein ini  mengatur aktivitas protein lain dengan mentransfer gugus fosfat kepada protein tersebut.  Namun, aktivitas fosforilasi CDK bergantung pada keberadaan siklin. Siklin memungkinkan  CDK menjalankan fungsinya dengan membentuk kompleks siklin/CDK. Jika siklin tidak ada,  kompleks ini tidak dapat terbentuk, dan CDK tidak aktif. Oleh karena itu, siklus sel  memerlukan pembentukan dan degradasi kompleks siklin/CDK secara bergantian.

Salah satu checkpoints siklus sel yang paling penting, disebut START, berada di  pertengahan G1. Sel menerima sinyal eksternal dan internal di checkpoints ini untuk  menentukan kapan waktu yang tepat untuk pindah ke fase S. Titik pemeriksaan ini diatur oleh  siklin tipe D bersama dengan CDK4. Jika sel didorong melewati titik pemeriksaan START oleh  kompleks siklin D/CDK4, sel tersebut berkomitmen pada putaran replikasi DNA lainnya.  Protein penghambat dengan kemampuan merasakan masalah pada fase G1 akhir, seperti kadar  nutrisi yang rendah atau kerusakan DNA, dapat mengerem kompleks siklin/CDK dan  mencegah sel memasuki fase S. Jika tidak ada masalah seperti itu, kompleks siklin D/CDK4  mendorong sel melewati akhir fase G1 dan memasuki fase S, dengan demikian memulai  replikasi DNA yang merupakan awal dari pembelahan sel.

Pada sel tumor, titik pemeriksaan dalam siklus sel biasanya mengalami deregulasi.  Deregulasi ini disebabkan oleh cacat genetik dalam mesin yang secara bergantian menaikkan  dan menurunkan kelimpahan kompleks siklin/CDK. Misalnya, gen yang mengkode siklin atau  CDK dapat bermutasi, atau gen yang mengkode protein yang merespons kompleks siklin/CDK  tertentu atau yang mengatur kelimpahan kompleks ini dapat bermutasi. Banyak jenis cacat  genetik yang dapat menderegulasi siklus sel, dengan konsekuensi akhir bahwa sel dapat  menjadi kanker.

Sel-sel yang checkpoints START-nya tidak berfungsi sangat rentan menjadi kanker.  Checkpoints START mengendalikan masuknya ke fase S dari siklus sel. Jika DNA di dalam sel  telah rusak, penting untuk menunda masuknya ke fase S agar DNA yang rusak dapat diperbaiki.  Jika tidak, DNA yang rusak akan direplikasi dan ditransmisikan ke semua keturunan sel. Sel

sel normal diprogram untuk berhenti sejenak di checkpoints START untuk memastikan bahwa  perbaikan selesai sebelum replikasi DNA dimulai. Sebaliknya, sel-sel yang titik pemeriksaan  START-nya tidak berfungsi masuk ke fase S tanpa memperbaiki DNA yang rusak. Selama  serangkaian siklus sel, mutasi yang diakibatkan oleh replikasi DNA yang tidak diperbaiki dapat  terakumulasi dan menyebabkan deregulasi lebih lanjut dari siklus sel. Oleh karena itu, klon sel  dengan titik pemeriksaan START yang tidak berfungsi dapat menjadi kanker yang agresif.

B. Peran Gen-Gen Tumor Suppressor dalam Kontrol Genetik Pembelahan Sel Hasil penelitian menunjukkan hanya sekitar 1 persen dari semua kanker bersifat turun temurun. Akan tetapi, lebih dari 20 sindrom kanker turunan yang berbeda telah diidentifikasi,  dan pada hampir semuanya, cacat yang mendasarinya terdapat pada gen penekan tumor, bukan  pada onkogen. Protein yang dikodekan oleh gen penekan tumor ini berfungsi dalam berbagai  macam proses seluler, termasuk pembelahan, diferensiasi, kematian sel terprogram, dan  perbaikan DNA. Pada bagian berikut, beberapa jenis protein tumor suppressor yang telah  dipelajari secara intensif.

1) pRB Tumor Suppressor

Penelitian terkini telah mengungkapkan bahwa protein RB (pRB) tumor suppressor berperan penting dalam pengaturan siklus sel. Meskipun gen RB ditemukan melalui  hubungannya dengan retinoblastoma, mutasi pada gen ini juga dikaitkan dengan jenis kanker  lain, termasuk karsinoma paru sel kecil, osteosarkoma, serta karsinoma kandung kemih, serviks, dan prostat. Lebih jauh lagi, tikus yang homozigot untuk mutasi knockout RB mati  selama perkembangan embrio. Dengan demikian, produk gen RB sangat penting bagi  kehidupan.

Analisis molekular dan biokimia telah menjelaskan peran pRB dalam regulasi siklus sel  (Gambar 9). Pada awal fase G1 siklus sel, pRB mengikat protein E2F, faktor transkripsi yang  mengendalikan ekspresi beberapa gen yang produknya menggerakkan sel melalui siklusnya.  Ketika faktor transkripsi E2F terikat pada pRB, mereka tidak dapat mengikat urutan penambah  spesifik dalam gen targetnya. Akibatnya, faktor siklus sel yang dikodekan oleh gen-gen ini  tidak diproduksi, dan mesin untuk sintesis DNA dan pembelahan sel tetap diam. Kemudian  pada G1, pRB difosforilasi melalui aksi kinase yang bergantung pada siklin. Dalam keadaan  yang berubah ini, pRB melepaskan faktor transkripsi E2F yang telah terikat padanya. Faktor  transkripsi yang dilepaskan ini kemudian bebas untuk mengaktifkan gen targetnya, yang  mengkode protein yang menginduksi sel untuk maju melalui fase S dan menjadi mitosis.  Setelah mitosis, pRB didefosforilasi, dan masing-masing sel anak memasuki fase diam dari  siklus sel baru.

2) p53 Tumor Suppressor

Protein p53 memainkan peran kunci dalam respons seluler terhadap stres (Gambar 10).  Pada sel normal, kadar p53 rendah, tetapi ketika sel diobati dengan agen perusak DNA seperti  radiasi, kadar p53 meningkat drastis. Respons terhadap kerusakan DNA ini dimediasi oleh jalur  yang menurunkan degradasi p53. Sebagai respons terhadap kerusakan DNA, p53 difosforilasi,  mengubahnya menjadi bentuk yang stabil dan aktif. Setelah diaktifkan, p53 menstimulasi  transkripsi gen yang produknya menghentikan siklus sel, sehingga memungkinkan DNA yang  rusak diperbaiki, atau mengaktifkan set gen lain yang produknya akhirnya menyebabkan sel  yang rusak mati.

Protein p53 adalah faktor transkripsi sepanjang 393 asam amino yang terdiri dari tiga  domain berbeda: N-terminal transcription-activation domain (TAD), DNA-binding core  domain (DBD), dan C-terminal homo-oligomerization domain (OD). Sebagian besar mutasi  yang menonaktifkan p53 terletak di DBD. Mutasi ini jelas merusak atau menghilangkan  kemampuan p53 untuk mengikat urutan DNA spesifik yang tertanam dalam gen targetnya,  sehingga mencegah aktivasi transkripsi gen-gen ini. Dengan demikian, mutasi pada DBD  biasanya merupakan mutasi kehilangan fungsi resesif. Jenis mutasi lainnya ditemukan di  bagian OD dari polipeptida. Molekul p53 dengan jenis mutasi ini dimerisasi dengan polipeptida  p53 wild-type dan mencegah polipeptida wild-type berfungsi sebagai aktivator transkripsi.  Dengan demikian, mutasi pada OD memiliki efek negatif dominan pada fungsi p53.

3) pAPC Tumor Suppressor

Protein pAPC memainkan peran kunci dalam mengatur pembaruan sel-sel pada lapisan,  atau epitel, usus besar. Meskipun mekanisme yang mengatur proses ini tidak sepenuhnya  dipahami, informasi terkini menunjukkan bahwa pAPC mengendalikan proliferasi dan  diferensiasi sel-sel pada epitel usus. Ketika fungsi pAPC hilang, sel-sel yang menghasilkan  proyeksi seperti jari pada epitel usus tetap dalam keadaan tidak berdiferensiasi. Ketika sel-sel  ini terus membelah, mereka menghasilkan lebih banyak jenisnya sendiri, dan peningkatan  jumlah sel yang dihasilkan menyebabkan banyak tumor jinak kecil terbentuk di epitel usus.  Tumor ini disebut polip atau adenoma, dan kecenderungan untuk membentuknya diwariskan  sebagai kondisi dominan autosomal langka yang disebut poliposis adenomatosa familial (FAP).  Di negara-negara Barat, frekuensi populasinya sekitar 1 dalam 7000.

Selain itu, protein pAPC mengatur pembelahan sel melalui kemampuannya untuk  mengikat β-catenin, protein yang ada di dalam sel. β-catenin secara alami juga mengikat protein  lain, termasuk faktor transkripsi tertentu yang merangsang ekspresi gen yang produk  proteinnya mendorong pembelahan sel. Interaksi dengan faktor transkripsi ini disukai ketika  sinyal yang mengenai permukaan sel memberi isyarat kepada sel untuk membelah (Gambar  11). Proliferasi sel yang diinduksi sinyal merupakan proses yang diperlukan dalam epitel usus  karena jaringan ini kehilangan sejumlah besar sel setiap hari pada manusia, sekitar 10¹¹dan sel  yang hilang harus digantikan oleh sel baru yang dihasilkan oleh pembelahan. Biasanya, sel-sel  yang baru dibuat kehilangan kemampuan untuk membelah saat mereka menjauh dari bagian  generatif epitel dan mengasumsikan peran mereka di bagian epitel yang matang. Pergeseran  dari keadaan membelah menjadi tidak membelah terjadi karena sel-sel epitel yang matang tidak  menerima sinyal ekstraseluler yang merangsang sel untuk membelah. Dengan tidak adanya

sinyal-sinyal ini, pAPC membentuk kompleks dengan β-catenin dalam sitoplasma sel, dan β catenin yang dikomplekskan menjadi sasaran degradasi. Karena pAPC menjaga kadar β catenin tetap rendah pada sel-sel epitel usus yang matang, ada sedikit peluang bagi β-catenin  untuk bergabung dengan dan mengaktifkan faktor-faktor transkripsi yang merangsang  pembelahan sel. Sel-sel dengan mutasi pada pAPC kehilangan kemampuannya untuk  mengendalikan kadar β-catenin. Tanpa kendali ini, pAPC mempertahankan kekuatannya untuk  membelah dan gagal berdiferensiasi dengan baik menjadi sel-sel epitel yang matang. Hasilnya  adalah tumor mulai terbentuk di lapisan usus. Dengan demikian, molekul pAPC normal  berperan penting dalam menekan pembentukan tumor di usus.

C. Genetic Pathways to Cancer 

Pada sebagian besar kasus kanker, pembentukan tumor ganas tidak disebabkan oleh  aktivasi protoonkogen tunggal yang tidak terkendali atau inaktivasi gen penekan tumor  tunggal. Sebaliknya, pembentukan, pertumbuhan, dan metastasis tumor biasanya bergantung  pada akumulasi mutasi pada beberapa gen yang berbeda. Dengan demikian, jalur genetik  menuju kanker beragam dan kompleks.

Keragaman dan kompleksitas ini terlihat dalam pembentukan dan perkembangan  berbagai jenis tumor. Misalnya, tumor jinak usus besar berkembang pada individu dengan  mutasi inaktivasi pada gen APC. Namun, perkembangan tumor ini menjadi kanker yang  berpotensi mematikan memerlukan mutasi pada beberapa gen lainnya. Jalur mutasi ini  dirangkum dalam Gambar 12a. Mutasi inaktivasi pada gen APC memulai proses pembentukan  tumor dengan menyebabkan perkembangan jaringan abnormal di dalam epitel usus. Jaringan  abnormal ini mengandung sel displastik, sel dengan bentuk yang tidak biasa dan inti yang  membesar yang dapat tumbuh menjadi adenoma tahap awal. Jika proto-onkogen K-ras diaktifkan pada salah satu adenoma ini, adenoma tersebut dapat tumbuh dan berkembang lebih  lengkap. Mutasi inaktivasi pada salah satu dari beberapa gen penekan tumor yang terletak di  lengan panjang kromosom 18 kemudian dapat menyebabkan adenoma berkembang lebih  lanjut, dan mutasi inaktivasi pada gen penekan tumor TP53 pada kromosom 17 dapat  mengubahnya menjadi karsinoma yang tumbuh dengan cepat. Mutasi gen penekan tumor  tambahan dapat memungkinkan sel karsinoma melepaskan diri dan menyerang jaringan lain.  Dengan demikian, tidak kurang dari tujuh mutasi independen (dua mutasi inaktivasi pada gen  APC, satu mutasi aktivasi pada gen K-ras, dua mutasi inaktivasi pada gen penekan tumor pada  kromosom 18, dan dua mutasi inaktivasi pada gen TP53) diperlukan untuk perkembangan  karsinoma usus, dan masih banyak lagi mutasi yang mungkin diperlukan untuk metastasis  karsinoma tersebut ke bagian tubuh lainnya.

Jalur genetik menuju kanker prostat juga telah dijelaskan Gambar 12b. Mutasi pada  HPC1, gen untuk kanker prostat herediter yang terletak di lengan panjang kromosom 1, telah  terlibat dalam asal tumor prostat. Mutasi pada gen penekan tumor lain yang terletak di  kromosom 13, 16, 17, dan 18 dapat mengubah tumor prostat menjadi kanker metastasis, dan  ekspresi berlebihan gen protoonkogen BCL-2 dapat membuat kanker ini kebal terhadap terapi  deprivasi androgen, teknik standar untuk pengobatan kanker prostat. Hormon steroid andro

gen diperlukan untuk proliferasi sel-sel di epitel prostat. Jika tidak ada androgen, sel-sel ini  diprogram untuk mati. Namun, sel-sel tumor prostat dapat memperoleh kemampuan untuk  bertahan hidup jika tidak ada androgen, karena kelebihan produk gen BCL-2 menekan jalur

kematian sel terprogram. Kanker prostat yang telah berkembang ke tahap androgen hampir  selalu berakibat fatal.

D. Protooncogene and Celular Oncogene

Protein yang dikode oleh onkogen virus mirip dengan protein seluler dengan fungsi  pengaturan yang penting. Banyak dari protein seluler ini diidentifikasi dengan mengisolasi  homolog seluler dari onkogen virus. Homolog seluler dari onkogen virus disebut proto oncogene, atau onkogen seluler normal, yang dilambangkan c-onc. Oleh karena itu, homolog  seluler dari v-src adalah c-src. Urutan pengkodean kedua gen ini sangat mirip, hanya berbeda  dalam 18 nukleotida; v-src mengkodekan protein dengan 526 asam amino, dan c-src mengkodekan protein dengan 533 asam amino. Dengan menggunakan gen v-onc sebagai probe,  gen c-onc lainnya telah diisolasi dari banyak organisme yang berbeda, termasuk manusia.  Sebagai aturan, onkogen seluler ini menunjukkan konservasi yang cukup besar dalam struktur.  Drosophila, misalnya, membawa homolog yang sangat mirip dari onkogen seluler vertebrata  c-abl, c-erbB, c-fps, c-raf, c-ras, dan c-myb. Kesamaan onkogen dari spesies yang berbeda  sangat menunjukkan bahwa protein yang dikodekannya terlibat dalam fungsi seluler yang  penting.

Produk-produk dari c-oncs memainkan peran kunci dalam mengatur aktivitas sel.  Akibatnya, mutasi pada salah satu gen ini dapat mengganggu keseimbangan biokimia dalam  sel dan menempatkannya pada jalur untuk menjadi kanker. Studi terhadap berbagai jenis kanker  manusia telah menunjukkan bahwa onkogen sel yang bermutasi dikaitkan dengan  perkembangan keadaan kanker. Bukti pertama yang menghubungkan kanker dengan mutan c

onc berasal dari penelitian kanker kandung kemih manusia. Mutasi yang menyebabkan kanker  kandung kemih ini diisolasi oleh Robert Weinberg dan rekan-rekannya menggunakan uji  transfeksi (Gambar 13). 

DNA diekstraksi dari jaringan kanker dan difragmentasi; kemudian setiap segmen disambungkan ke segmen DNA bakteri, yang berfungsi sebagai penanda molekuler. Fragmen  DNA yang ditandai kemudian dimasukkan, atau ditransfeksi, ke dalam sel yang tumbuh dalam  kultur untuk menentukan apakah ada segmen yang dapat mengubah sel menjadi keadaan  kanker. Keadaan ini dapat dikenali dari kecenderungan sel kanker untuk membentuk gumpalan  kecil, atau fokus, saat tumbuh soft agar plates. DNA dari sel-sel tersebut diekstraksi dan  disaring untuk melihat apakah membawa penanda molekuler yang terkait dengan fragmen  transfeksi asli. Jika ya, DNA ini diuji ulang untuk kemampuannya menginduksi keadaan  kanker. Setelah beberapa pengujian, tim peneliti Weinberg mengidentifikasi fragmen DNA dari  kanker kandung kemih asli yang secara reproduktif mengubah sel kultur menjadi sel kanker.  Fragmen ini membawa alel onkogen c-H-ras, homolog onkogen dalam galur Harvey dari virus  sarkoma tikus. Analisis urutan DNA kemudian menunjukkan bahwa nukleotida dalam kodon  12 dari alel ini telah bermutasi, dengan substitusi valin untuk glisin yang biasanya ditemukan  pada posisi ini dalam protein c-H-ras.

Ahli genetika kini memiliki pemahaman tentang bagaimana mutasi ini menyebabkan sel  menjadi kanker. Tidak seperti onkogen virus, gen c-H-ras mutan tidak mensintesis protein  dalam jumlah besar yang tidak normal. Sebaliknya, substitusi valin untuk glisin pada posisi 12  mengganggu kemampuan protein c-H-ras mutan untuk menghidrolisis salah satu substratnya,  guanosine triphosphate (GTP). Lebih lanjut, karena gangguan ini, protein mutan tetap berada  dalam mode pensinyalan aktif, mengirimkan informasi yang akhirnya merangsang sel untuk  membelah dengan cara yang tidak terkendali (Gambar 14).

Versi mutan dari onkogen c-ras kini telah ditemukan dalam sejumlah besar tumor  manusia yang berbeda, termasuk tumor paru-paru, usus besar, payudara, prostat, dan kandung  kemih, serta neuroblastoma (kanker sel saraf), fibrosarkoma (kanker jaringan ikat), dan  teratokarsinoma (kanker yang mengandung berbagai jenis sel embrionik). Dalam semua kasus,  mutasi melibatkan perubahan asam amino dalam satu dari tiga posisi—12, 59, atau 61. Setiap  perubahan asam amino ini merusak kemampuan protein Ras mutan untuk beralih dari mode  pensinyalan aktifnya. Oleh karena itu, jenis mutasi ini merangsang sel untuk tumbuh dan  membelah. Pada jenis kanker ini, hanya satu dari dua salinan gen c-ras yang telah bermutasi.  Alel mutan tunggal dominan dalam kemampuannya untuk menimbulkan keadaan kanker.  Mutasi pada c-ras dan onkogen seluler lainnya yang menyebabkan kanker dengan cara ini  karenanya merupakan dominant activators pertumbuhan sel yang tidak terkendali.

Video Pembelajaran

Quiz Konsep Dasar Genetika