Antigen

ANTIGEN

ANTIGENDefinisi dan peran antigen.Interaksi antara antigen dan antibodi.Molekul reseptor antigen.Struktur molekul MHC (Major Histocompatibility Complex)kelas I dan II.

PERTEMUAN 3PRODI FARMASISTIKES BTH TASIKMALAYA

ANTIGENSecara spesifik imunogen adalah bahan yang dapat merangsang sel B atau sel T atau keduanya. Antigen adalah bahan yang berinteraksi dengan produk respon imun yang dirangsang oleh imunogen spesifik seperti antibodi dan atau (T cell Receptor) / TCR.Epitop atau determinan antigen adalah bagian dari antigen yang dapat membuat kontak fisik dengan reseptor antibodi, menginduksi pembentukan antibodi yang dapat diikat dengan spesifik oleh bagian dari antibodi atau oleh reseptor antibodi.

Secara fungsional antigen dibagi menjadi imunogen dan hapten. Contoh hapten adalah dinitrofenol, berbagai antibiotik dan obat lainnya dengan berat molekul kecil. Hapten biasanya dikenal oleh sel B, sedangkan protein pembawa oleh sel T.

Antigen dapat dibagi menurut epitop, spesifisitas, ketergantungan terhadap sel T dan sifat kimiawi :

1. Pembagian antigen menurut epitopa. Undeterminan, univalen Hanya satu jenis determinan/epitop pada satu molekulb. Undeterminan, multivalen (hapten) Hanya satu jenis determinan tetapi dua atau lebih determinan tersebut ditemukan pada satu molekul (polisakarida)c. Multideterminan, univalen Banyak epitop yang bermacam-macam tetapi hanya satu dari setiap macamnya (kebanyakan protein)d. Multideterminan, multivalen Banyak macam determinan dan banyak dari setiap macam pada satu molekul (antigen dengan berat molekul yang tinggi dan kompleks secara kimiawi) (kimia kompleks)

2. Pembagian antigen menurut spesifisitas

a. Heteroantigen, yang dimiliki oleh banyak spesiesb. Xenoantigen, yang hanya dimiliki spesies tertentuc.Aloantigen (isoantigen), yang spesifik untuk individu dalam satu spesiesd. Antigen organ spesifik, yang hanya dimiliki organ tertentue. Autoantigen, yang dimiliki alat tubuh sendiri

3. Pembagian antigen menurut ketergantungan terhadap sel Ta. T dependen, yang memerlukan pengenalan oleh sel T terlebih dahulu untuk dapat menimbulkan respon antibodi. Kebanyakan antigen protein termasuk dalam golongan ini.b. T independen, yang dapat merangsang sel B tanpa bantuan sel T untuk membentuk antibodi. Kebanyakan antigen golongan ini berupa molekul besar polimerik yang dipecah di dalam tubuh secara perlahan-lahan, misalnya lipopolisakarida, ficoll, dekstran, levan dan flagelin polimerik bakteri.

4. Pembagian antigen menurut sifat kimiawia. Hidrat arang (polisakarida) Hidrat arang pada umumnya imunogenik. Glikoprotein yang merupakan bagian permukaan sel banyak mikroorganisme dapat menimbulkan respon imun terutama pembentukan antibodi. Contoh lain adalah respon imun yang ditimbulkan golongan darah ABO, sifat antigen dan spesifisitas imunnya berasal dari polisakarida pada permukaan sel darah merahb. Lipid Lipid biasanya tidak imunogenik, tetapi menjadi imunogenik bila diikat protein molekul pembawa. Lipid dianggap sebagai hapten, contohnya adalah sfingolipid.

c. Asam nukleat Asam nukleat tidak imunogenik, tetapi dapat menjadi imunogenik bila diikat protein molekul pembawa. DNA dalam bentuk heliksnya biasanya tidak imunogenik. Respon imun terhadap DNA terjadi pada penderita dengan LES.d. Protein Kebanyakkan protein adalah imunogenik dan pada umumnya mulltidetermnan dan univalen.

Determinan antigen- Epitop dan paratop

Epitop atau determinan antigen adalah bagian dari antigen yang dapat membuat kontak fisik dengan reseptor antibodi, menginduksi pembentukan antibodi yang dapat diikat dengan spesifik oleh bagian dari antibodi atau oleh reseptor antibodi. Makromolekul dapat memiliki berbagai epitop yang masing-masing merangsang produksi antibodi spesifik yang berbeda. Paratop adalah bagian dari antibodi yang megikat epitop atau TCR yang megikat epitop pada antigen.

ANTIBODIBila darah dibiarkan membeku akan meninggalkan serum yang mengandung berbagai bahan larut tanpa sel. Bahan tersebut mengandung molekul antibodi yang digolongkan dalam protein yang disebut globulin/imunoglobulin. Dua cirinya yang penting ialah spesfitas dan aktivitas biologik. Fungsi utamanya adalah mengikat antigen dan mengantarkannya ke sistem efektor pemusnahan.

Imunoglobulin (Ig) dibentuk oleh sel plasma yang berasal dari proliferasi sel B yang terjadi setelah kontak dengan antigen. Antibodi yang terbentuk secara spesifik akan mengikat antigen baru lainnya yang sejenis. Bila serum protein tersebut dipisahkan dengan cara elektroforesis, maka imunoglobulin ditemukan terbanyak dalam fraksi globulin gama, meskipun ada beberapa imunoglobulin yag juga ditemukan dalam fraksi globulin alfa dan beta.

Semua molekul imunoglobulin mempunyai 4 rantai polipeptida dasar yang terdiri atas 2 rantai berat (heavy chain) dan 2 rantai ringan (light chain) yang identik. Ada 2 jenis rantai ringan (kappa dan lambda) yang terdiri atas 230 asam amino serta 5 jenis rantai berat yang tergantung pada kelima jenis imunoglobulin IgM, IgG, IgE, IgA dan IgD. Rantai berat terdiri atas 450-600 asam amino, sehingga berat dan panjang rantai berat tersebut adalah dua kali rantai ringan. Molekul imunoglobulin mempunyai rumus molekul yang heterogen, meskipun hanya terdiri dari 4 unit polipeptida dasar.

Imunoglobulin G

IgG merupakan komponen utama imunoglobulin serum, dengan berat molekul 160.000 dalton. Kadarnya dalam darah sekitar 13 mg/ml, merupakan 75% dari seua imunoglobulin. IgG ditemukan dalam berbagai cairan seperti darah, CSS (Cairan serebro spinal) dan juga urin.IgG dapat menembus plasenta masuk ke jnin dan berperan pada imunitas bayi sampai umur 6-9 bulan. IgG dan komplemen bekerja saling membantu sebagai opsonin pemusnahan antigen. IgG memiliki sifat opsonin yang efektif karena sel-sel fagosit, monosit dan makrofag mempunyai reseptor untuk fraksi Fc dari IgG (Fc-R) sehingga dapat mempererat hubungan antara fagosit dengan sel sasaran. IgG pada manusia terdiri atas 4 subkelas yaitu IgG1, IgG2, IgG3 dan IgG4 yang berbeda dlam sifat dan aktivitas biologik.

Imunoglobulin A

IgA dengan berat molekul 165.000 dalton ditemukan dalam serum dengan jumlah sedikit. Kadarnya terbanyak ditemukan dalam cairan sekresi saluran nafas, cerna dan kemih, air mata, keringat, ludah dan dalam air susu ibu yang lebih berupa IgA sekretori (sIgA) yag merupakan bagian terbanyak. IgA terdiri atas 2 subkelas yaitu IgA1 (93%) dan IgA2 (7%). Fungsi IgA adalah sebagai berikut:

sIgA melindungi tubuh dari patogen oleh karena dapat bereaksi dengan molekul adhesi dari patogen potensial sehingga mencegah adherens dan kolonisasi patogen tersebut dalam sel pejamu

IgA dapat bekerja sebagai opsonin, oleh karena neutrofil, monosit dan makrofag memiliki reseptor untuk Fc (Fc-R) sehingga dapat meningkatkan efek bakteriolitik komplemen dan menetralisasi toksin. IgA diduga juga berperan dalam imunitas cacing pita.Baik IgA dalam serum maupun dalam sekresi dapat menetralkan toksin atau virus dan mencegah terjadinya kontak antara toksin atau virus dengan sel alat sasaranIgA dalam serum dapat mengaglutinasikan kuman, mengganggu motilitasnya sehingga memudahkan fagositosis (opsonisasi) oleh sel polimorfonuklearBerperan dalam imunitas pada saluran cerna. Imunoglobulin dalam cairan lambung terdiri atas 80% IgA, 13% IgM dan 7% IgG.

Imunoglobulin M

Nama M berasal dari makro-globulin dan berat molekul IgM adalah 900.000 dalton. IgM mempunyai rumus bangun pentamer dan merupakan imunoglobulin terbesar. IgM merupakan Ig paling efisien dalam aktivasi komplemen. Kebanyakan sel B mengekspresikan IgM pada permukaannya sebagai respon antigen. IgM dibentuk paling dahulu pada respon imun primer terhadap kebanyakan antigen dibanding dengan IgG. IgM juga merupakan Ig yang predominan diproduksi janin.

Imunoglobulin MIgM dapat mencegah gerakan mikroorganisme patogen, memudahkan fagositosis dan merupakan aglutinator poten antigen. Pada respon primer, timbulnya IgG didahului oleh IgM, sedangkan pada respon sekunder pembentukan imunoglobulin berlangsung lebih cepat dan untuk waktu yang lebih lama, Ig mencapai titer yang tinggi terutama terdiri atas IgG.

Imunoglobulin D

IgD ditemukan dalam serum dengan kadar sangat rendah. Hal tersebut mungkin disebabkan oleh karena IgD tidak dilepas sel plasma dan sangat rentan terhadap degradasi oleh proses proteolitik. IgD merupakan komponen permukaan utama sel B dan petanda dari diferensiasi sel B yang lebih matang. IgD tidak mengikat komplemen, mempunyai aktivitas antibodi terhadap antigen berbagai makanan dan autoantigen seperti komponen nukleus.

Imunoglobulin E

IgE mudah diikat sel mast, basofil dan eosinofil yang memiliki reseptor untuk fraksi Fc dari IgE (Fc-R). IgE dibentuk setempat oleh sel plasma dalam selaput lendir saluran nafas dan cerna. Selain pada alergi, kadar IgE yang tinggi ditemukan pada infeksi cacing, skistosomiasis, penyakit hidatid, trikinosis dan diduga berperan pada imunitas parasit.

INTERAKSI ANTARA ANTIGEN-ANTIBODI

Antigen adalah bahan yang dapat diikat secara spesifik oleh molekul reseptor pada sel T. Antibodi dapat mengenal hampir setiap molekul biologik sebagai antigen seperti hasil metabolik hidrat arang, lipid, hormon, makromolekul kompleks hidrat arang, fosfolipid, asam nukleat dan protein.

Pengenalan antigen oleh antibodi melibatkan ikatan nonkovalen dan reversibel. Berbagai jenis interaksi nonkovalen dapat berperan pada ikatan antigen seperti faktor elektrostatik, ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik dan lainnya. Kkuatan ikatan antara satu antibodi dan epitop disebut afinitas atibodi. Antigen polivalen memiliki lebih dari satu determinan. Kekuatan ikatan antibodi dengan epitop antigen keseluruhan disebut afinitas.Antigen monovalen atau epitop masing-masing pada permukaan sel, akan berinteraksi dengan masing-masing ikatan tunggal molekul antibodi. Meskipun afinitas interaksi tersebut dapat tinggi, aviditas keseluruhan adalah rendah. Bila ditemukan banyak determinan yang cukup dekat pada permukaan sel, satu molekul IgG mengikat 2 epitop yang menghasilkan aviditas lebih tinggi. IgM mempunyai 10 ikatan antigen identik yang secara teoritis dalam interaksi polivalen dapat mengikat secara simultan 10 determian dengan aviditas sangat tinggi.

Antibodi merupakan komponen imunitas didapat yang melindungi tubuh terhadap infeksi mikroorganisme dan produknya yang toksik. Oleh karena itu interaksi antara antigen dan antibodi sangat penting dan banyak digunakan in vitro untuk tujuan diagnostik. Penggunaan reaksi invitro anta antigen-antibodi disebut serologi.

Interaksi antara antigen dan antibodi dapat menimbulkan berbagai akibat antara lain presipitasi (bila antigen merupakan bahan larut dalam cairan garam fisiologik), aglutinasi (bila antigen merupakan bahan tidak larut/partikel-partikel kecil), netralisasi (toksin) dan aktivasi komplemen. Kebanyakan reaksi tersebut terjadi oleh adanya interaksi antara antigen multivalen dan antibodi yang sedikitnya memiliki 2 tempat ikatan per molekul.

Titer antibodi adalah pengenceran tertinggi yang menunjukkan aglutinasi atau presipitasi. Untuk menentukan titer antibodi, dibuat pengenceran serial serum dan selanjutnya ditambahkan sejumlah antigen yang konstan dan campuran larutan tersebut diinkubasi dan diperiksa untuk aglutinasi/presipitasi.

MAJOR HISTOCOMPATIBILITY COMPLEX (MHC)TITA NOFIANTI, M.Si., AptFarmasiSTIKES BTHImunogenetika adalah suatu konsep pendekatan genetik yang mengendalikan perbedaan reaktivitas/respon imun dan kerentanan (susceptibility) tubuh terhadap suatu kejadian sakit.Konsep ilmu tersebut berkembang sangat cepat pada abad ke 20, diawali dengan ditemukannya sistem ABO pada penggolongan darah pada tahun 1900 oleh Landsteiner, dkk berdasarkan adanya antigen pada permukaan sel darah merah serta antibodi pada serumnya, yang menggunakan metode imunologik untuk membedakan pewarisan genetik antar individu. Konsep imunogenetika yang merupakan perpaduan antara ilmu genetik dan imunologi menghasilkan penemuan konsep golongan darah selain sistem ABO, misalnya golongan darah sistem Rhesus, sistem MN dsb, ternyata memberikan manfaat klinis terutama untuk mendapatkan kompatibilitas/kesesuaian golongan darah khususnya menghindari reaksi penolakan pada transfusi darah atau transfusi komponen darah.

Tahap selanjutnya, transplantasi organ/jaringan memerlukan suatu konsep pendekatan yang dapat menjelaskan kontrol genetik terhadap perbedaan antigenik/ yang ekspresinya tidak pada membran sel darah merah (erythrocyte membrane) namun pada sel yang mempunyai kompetensi imunologik. Konsep tersebut berdasar pada kesesuaian (compatibility) jaringan antara donor dan resipien pada proses transplantasi, oleh karena itu fenomena tersebut diatas dinamai histocompatibility.Konsep histocompatibility tersebut lazim dikenal sebagai major histocompatibility complex (MHC) yang merupakan istilah umum (general concepts). MHC pada tikus (mice) disebut sebagai sistem H2; pada manusia yang ditemukan oleh Jean D'ausset pada tahun 1958, disebut HLA (Human Leukocyte Antigen); pada anjing disebut DLA dan pada rhesus disebut RhLA.

Peta skematik lokus MHC pada manusia, mencit, kera dan anjingStruktur Dasar sistem MHC

Gen MHC adalah kompleks gen pada suatu regio dari kromosom tertentu yang diukur dengan meiotic analysis pada panjang 2 sampai 3 centimorgans (cM) dan terdiri dari 2-3 juta pasangan nukleotida. Panjangnya bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya dan mempunyai variasi di dalam satu spesies antara satu individu dengan individu lainnya.Pada umumnya jumlah gen (lokus) MHC pada mamalia terdiri dari 2 kelas yaitu Class I MHC gene dan Class II MHC gene sehingga ekpresinya disebut sebagai Class I MHC molecules dan Class II MHC molecules.Perkembangan pada dekade terakhir ini telah dilakukan suatu penelitian tentang peran biologik gen yang mengendalikan Class III MHC molecules, namun sampai saat ini kesimpulan yang didapat masih mengundang kontroversi.Ekspresi gen MHC umumnya terdapat pada hampir semua sel somatik namun ekspresinya bervariasi pada berbagai jaringan dan tipe sel, terutama pada organ tertentu. Pada semua spesies ekspresi MHC tertinggi terdapat pada sel limfoid, dan ekspresi yang lebih rendah terdapat pada jaringan liver, paru dan jantung.Molekul MHC adalah molekul peptida yang terdapat pada permukaan sel dan dikendalikan oleh gen MHC yang mempunyai sifat polimorfik, serta mempunyai fungsi utama memproses dan mempresentasikan antigen kepada sel imunokompeten yaitu sel limposit T helper.Ekspresi gen MHC kelas I dan kelas II, berupa molekul peptida pada permukaan sel mempunyai kemiripan dalam struktur namun berbeda dalam ikatan antar domain dan berbeda pula dalam fungsi/manfaat biologiknya Komposisi fungsi molekul MHC kelas I terdiri 4 bagian: Peptide/antigen binding regionImmunoglobulin like regionTransmembran regionCytoplasmic region

Bagian pertama dari molekul MHC yang disebut peptida/antigen binding region mempunyai fungsi biologik melakukan pengikatan dengan molekul antigen asing. Bagian ini mempunyai susunan 180 asam amino yang terbagi pada rantai a1 dan rantai a2.Bagian kedua terdiri dari rantai a3 dan rantai b2 mikroglobulin. Rantai a3 terdiri dari 90 asam amino dan homolog dengan domain constan dari imunoglobulin. Fungsi biologik rantai a3 adalah tempat ikatan dengan molekul CD8. Bagian ke 3 adalah polipeptida yang tersusun dari 25 asam amino dan merupakan perpanjangan dari rantai a3. Fungsi biologik bagian ini adalah jalur menuju sitoplasma dan merupakan tempat tertanamnya molekul MHC.

MHC Kelas IIKomposisi, fungsi struktur MHC kelas II mirip dengan molekul MHC kelas I, juga terdiri dari 4 bagian. Pada bagian peptida binding region terdapat rantai a1 dan b1 yang masing-masing tersusun dari 90 asam amino. Fungsi biologik rantai a1 dan b1 adalah berinteraksi secara selektif dengan peptida antigen melalui rantai a1 dan b1 yang berlekuk membentuk 8 stranded helix.

Konsep genetik polimorfisme molekul MHC kelas II menentukan struktur kimia pada cekungan juga menentukan spesifitas dan afinitas peptide binding serta T cell recognition. Pada bagian imunoglobulin like region terdapat rantai a2 dan b2 yang masing-masing tersusun dari 90 asam amino dan pada dasarnya bersifat non polimorfik. Fungsi biologik dari bagian ini diperkirakan untuk interaksi non kovalen antara dua rantai. Pada molekul MHC kelas II bagian transmembran dan sitoplasmik mempunyai kemiripan fungsi dengan bagian yang sama dari molekul MHC kelas I.Manfaat Biologik Sistem MHCMisi utama dari sistem imun adalah berkemampuan membedakan antigen self (diri) dan non sel (asing), yang selanjutnya akan terjadi proses / rangkaian stimulasi berupa respon imun yang efektif yang mampu mengeliminasi antigen non self tersebut.Sistem MHC sebagai perangkat sistem imun yang mempunyai kemampuan membedakan antigen self (diri) dan nonself (asing), dengan melalui tahapan pertama menangkap isyarat dari antigen yang diproses oleh APC (antigen presenting cells) misalnya sel mononuklear, sel dendritik dan lain sebagainya, proses selanjutnya muncul kode genetik dari gen MHC kelas II untuk memproduksi molekul MHC kelas II. Suatu antigen ekstraseluler secara konvensional akan mengalami endositosis dan internalisasi melalui vesikel yang dilapisi clathrin dan selanjutnya mengalami degradasi menjadi peptida melalui early endosome, late endosome dan akhirnya ke lisosom. Enzim yang berperan antara lain cathepsin B dan D yang keduanya terdapat pada endosom maupun lisosom.Rantai a dan b molekul MHC kelas II terbentuk di endoplasmik retikulum setelah dikode DNA/gen MHC dan ditranskripsikan oleh RNA. Kedua rantai tersebut akan diselimuti oleh rantai invarian dibantu calnexin, dengan tujuan mencegah terjadinya pengisian pada tempat pengikatan (binding site). Kemudian ditransportasikan ke aparat Golgi dan selanjutnya ke early endosome dan ke late endosome.Pengikatan peptida oleh molekul MHC kelas II terjadi pertama kali di kompartemen prelysosomal di mana terakumulasi hasil sintesis molekul MHC kelas II dan kemudian diekspresikan ke permukaan sel (Brodsky et al., 1996).Hasil ekspresi gen MHC kelas II (molekul MHC kelas II) akan mempresentasikan determinan antigen tersebut kepada sel limfosit T helper melalui reseptor pada permukaan sel yang disebut T Cell Reseptor (TCR).Interaksi antara molekul MHC kelas II, peptida antigen dan molekul TCR tersebut akan memberikan immunological excitment, kemudian timbul proses imun selanjutnya yang perannya diawali oleh limfosit T dan lazim disebut T cell repertoire yang berupa rangkaian respon imun dan berakhir dengan eliminasi antigen nonself tersebut.Interaksi dari kompleks trimolekuler tersebut sebenarnya merupakan langkah awal dalam proses imunitas spesifik, terutama dalam upaya memberdayakan imunologik pada hospes.

Alur Kerja MHC Kelas II IntraselulerPeptida antigen sebelum diikat oleh molekul MHC kelas I, mengalami degenerasi di dalam sitosol dan kemudian mengalami proteolisis oleh ensim proteolitik/proteosome menjadi peptida- peptida yang kemudian ditransportasikan ke endoplasmik retikulum melalui TAP transporter protein.Rantai a1 molekul MHC kelas I dan molekul b2 microglobulin akan diselimuti oleh protein ER-resident dibantu oleh calnexin. Kompleks tersebut akan mengalami disosiasi setelah berikatan dengan peptida, dan setelah terbentuk ikatan molekul MHC kelas I-peptida antigen baru diekspresikan ke permukaan sel.Ekspresi MHC kelas I tersebut terdapat pada targeting cells (sel target yang mengandung antigen intraseluler) yang akan bereaksi dengan TCR dari cytotoxic T limphocytes (CTL) untuk proses eliminasi antigen tersebut.

Alur Kerja MHC Kelas I Intraseluler

Karakter Biologik MHCSalah satu karakteristik pada MHC adalah polymorphisme yang menunjukkan beragamnya ekspresi yang aktual dari gen MHC yang terdapat pada suatu populasi. Hal tersebut karena adanya sejumlah besar alel yang berperan dan terdapat pada interbreeding populations.Secara teoritik tingginya tingkat polymorphism suatu gen adalah akibat salah satu kejadian dari mutation rate, selection, genetic hitch-hiking atau kombinasi ketiganya. Penjelasan yang terbanyak dari tingginya polymorphism tersebut berdasarkan adanya selection molekul MHC karena beragamnya fungsi biologik yang harus dijalankan oleh sistem imun. Peristiwa mutasi pada sistem MHC pada kelompok mamalia jarang terjadi, meskipun secara relatif terdapat kejadian rekombinasi pada kompleksitas sistem MHC. Pada kejadian genetic hitch hiking terdapat perubahan dalam frekwensi dari varian gen yang ada dalam suatu populasi tergantung pada perubahan gen yang berakibat perbedaan fungsi biologik. Secara teoritis kejadian genetic hitch hiking berperan terhadap adanya polymorphism MHC karena kejadian tersebut merupakan hasil peristiwa setelah kejadian selection.