2.2 Tahap pengenalan Mycobacterium tuberculosis
Interaksi antara M.tuberculosis dengan sel tubuh sangat kompleks walaupun penelitian yang sangat mendalam dan lama telah dilakukan, namun belum
sepenuhnya dapat diungkap. Pada tahap ini difokuskan pada PRRs dalam pengenalan PAMPs spesifik dari mikobakterium, menginduksi sinyal intraseluler
untuk memproduksi sitokin dan menginisiasi respons imun adaptif. Secara skematik dijelaskan dalam Gambar 2.2. Reseptor host bagian utama yang ikut
terlibat dalam phagositosis bakteri daripada complement receptors dan scavenger receptors Kleinnijenhuis et al., 2011.
Gambar 2.2 Pola reseptor pengenal dalam mengenali mikobakterium dan
downstream signalling pathways
Mikobakterium dapat dikenali melalui pattern recognition receptors PRRs yang berbeda-beda pada host. Reseptor intraseluler maupun ekstraseluler keduanya ikut
terlibat dalam proses ini. Setelah mengenali mikobakterium, kaskade sinyal intraseluler diaktivasi dengan ditunjukkannya aktivasi transkripsi NF-
B. Setelah transkripsi, terjadi induksi produksi kemokin dansitokin proinflamasi dan anti-
inflamasi. Tipe kaskade sinyal yang terinduksi tergantung pada tipe PRR yang mengenali komponen M.tuberculosis Kleinnijenhuis et al., 2011.
2.2.1 Toll-Like Receptors TLR Patogen seperti bakteri, virus, fungi dan protozoa mengekspresikan
seperangkat molekul yang bersifat “class-specific” dan “mutation resistant” yang dinamakan PAMP pathogen-associated molecular pattern. Sebaliknya sel tubuh
yang terlibat dalam sistem immune natural innatenonspecific dapat mengenali PAMP melalui motif PRR pattern recognition receptor. Dikenal 3 macam
anggota family PRR meliputi Toll-like receptor TLR, NOD-like receptor NLR dan RIG-like receptor RLR. Lokasi TLR berada pada membran sel plasma dan
membran endosomal, sedangkan lokasi NLR dan RLR berada intraseluler Ma’at,
2009. Pada akhir abad ke-20, penelitian yang dilakukan oleh Toll menunjukkan
bahwa ada reseptor yang sangat penting dalam mekanisme pertahanan tubuh terhadap infeksi jamur pada Drosophilia, yang hanya dimiliki oleh respon imun
alamiah. Setahun kemudian, reseptor yang dijumpai oleh Toll mirip pada mamalia sekarang dikenal sebagai TLR4 menunjukkan bahwa reseptor tersebut dapat
menginduksi ekspresi gen yang berperan dalam respon inflamasi. Disamping itu ditemukan bahwa adanya point mutation gen TLR4, strain tikus tidak responsif
terhadap LPS. Aktivasi imunitas alamiah innate immunity merupakan tahap yang penting dalam perkembangan antigen-specific acquired immunity Takeda dan
Akira, 2005. TLR didistribusikan pada berbagai jenis sel di dalam tubuh, seperti terlihat
pada Tabel 2.1. Masing-masing TLR diekspresikan pada subset leukosit yang berlainan, serta setiap TLR mendeteksi atau mengenali PAMP yang berlainan pula.
Aktivitas TLR oleh PAMP spesifik membentuk signal lewat domain TIR guna menginduksi aktivasi NF-
B dan ekspresi gen inflamatori untuk mengeleminasi infeksi. Domain TIR berikatan dengan 5 molekul adaptor, seperti MyD88, Mal
MyD88 adaptor-likeTIRAP TIR domain-containing adaptor protein, Trif TIR- domain-containing adaptor inducing interferon-beta, TRAM Trif-released
adaptor molecule dan SARM SAM and ARM-containing protein Ma’at., 2009.
Reseptor membran TLR dibagi dalam 2 group: pertama, TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR10, TLR11, TLR12 dan TLR13 merupakan tipikal TLR
permukaan sel. Kedua, TLR3,TLR7 dan TLR9 dijumpai terutama pada membrane endosom. Secara filogenetik, TLR dibagi dalam 6 famili, yaitu TLR1, TLR3, TLR4,
TLR5, TLR7 dan TLR11. TLR mengenali dan diaktivasi oleh berbagai macam PAMP, seperti DNA bakterial, LPS, peptidoglikan, asam teikhoat, flagellin, pilin,
dsRNA viral, dan zimosan fungi. Sebagai contoh: TLR2 mengenali peptidoglikan dan asam teikhoat dari bakteri Gram positif, sedangkan TLR4 mengenali
lipopolisakarida LPS dari dinding sel bakteri Gram negatif. Aktivasi TLR tersebut memicu ekspresi berbagai sitokin seperti: IFN-
, IL-2, IL-6, IL-8, IL-12, IL-16 dan TNF-
Pasare dan Medzhitov, 2005.
Tabel 2.1
Distribusi TLR pada berbagai tipe sel, ligan dan asal ligan Ma’at, 2009.
Reseptor Tipe sel Ligan PAMP
Asal ligan
TLR1 Terdapat diberbagai sel
Triasil lipopeptida Faktor terlarut
Bakteri mikobakteria
Neisseria meningitides
TLR2 Sel
dendritik, sel
polimorfonuklear dan monosit Heat Shock Protein 70
Peptidoglikan Lipoproteinlipopeptida
Virus hepatitis C core dan protein NS3
Inang Bakteri
Gram positif
Berbagai patogen
virus hepatitis C
TLR3 Sel dendritik, sel NK, sel
epithelial dan sel endothelial dsRNA
Virus TLR4
Makrofag, sel
polimorfonuklear, sel
dendritik, sel
endothelial, tetapi tidak dijumpai pada
limfosit Lipopolisakarida
Protein ‘envelope’ Taxol
Bakteri Gram
negatif Virus
‘mouse mammary-
tumor ’
Tumbuhan TLR5
Monosit, sel dendritik ‘ immature’, sel epithelial, sel
NK dan sel T Flagellin
Bakteri TLR6
Diekspresikan level
tinggi pada sel B, dan level rendah
pada monosit dan sel NK Zymosan
Asam lipoteikhoat Lipopeptida diasil
Fungi Bakteri
Gram positif
Mikoplasma TLR7
Sel B, sel dendritik prekursor plasmasitoid
ssRNA Imidasoquinolin
Virus Senyawa
sintetik TLR8
Monosit, diekspresikan level rendah pada sel NK dan sel T
ssRNA Imidasoquinolin
Virus Senyawa
sintetik TLR9
Sel dendritik
prekursor plasmasitoid, sel B, makrofag,
sel polimorfonuklear, sel NK dan sel mikroglial.
DNA yang mengandung CpG Bakteri, malaria
dan virus
TLR10 Sel B, sel dendritik prekursor
plasmasitoid Belum diketahui
Belum diketahui TLR11
Belum diketahui Molekul ‘profillin-like’
Toxoplasma gondii
Respon imun alamiah setelah infeksi mikobakterial diperantarai oleh pengenalan komponen mikobakterial oleh PRR sehingga terjadi aktivasi beberapa
TLR. Genom DNA dari strain Mycobacterium bovis, bacillus Calmette-Guerin BCG, mempunyai kemampuan untuk meningkatkan aktivitas sel NK dan
menginduksi IFN tipe 1 pada sel limfa murine dan sel limfosit darah tepi manusia. Aktivitas imunostimulasi dari DNA mikobakterial ditunjukkan dengan adanya
sekuens palindrom yaitu motif 5’-CG-3’, yang sekarang disebut sebagai motif CpG
dan dikenal dapat mengaktivasi TLR9 Hemmi et al., 2000. Dinding sel mikobakterial mengandung beberapa lapisan glikolipid seperti lipoarabinomannan
LAM, lipomannan LM, dan phosphatidyl-myo-inositol mannoside PIM dikenali oleh TLR2. Lipoprotein 19-kDa. M.tuberculosis juga mengaktivasi
makrofag melalui TLR2. TLR 4 juga diperkirakan dapat mengenali komponen mikobakterial tersebut Saiga et al., 2010.
Secara invivo dijelaskan mekanisme pertahanan tubuh melalui signal yang dimediasi oleh TLR dengan menggunakan mencit defisiensi MyD88, komponen
penting pada signal TLR. Mencit dengan defisiensi MyD88 sangat rentan dengan infeksi saluran pernafasan oleh kuman M.tuberculosis. Keadaan yang berbeda
ditemukan bahwa mencit dengan defisiensi TLR menunjukkan kerentanan terhadap infeksi M.tuberculosis tidak sehebat dibandingkan dengan defisiensi MyD88.
Kerentanan mencit dengan defisiensi TLR2 terhadap M.tuberculosis bervariasi dari beberapa penelitian yang berbeda, sedangkan mencit dengan defisensi TLR4 tidak
menunjukkan kerentanan yang tinggi terhadap infeksi M.tuberculosis. Laporan menyebutkan bahwa mencit defisiensi TLR9 rentan terhadap infeksi
M.tuberculosis dan lebih rentan lagi jika mencit yang defisiensi pada TLR2 dan TLR9. Penemuan ini mengindikasikan bahwa berbagai macam TLR berperan
dalam tahap pengenalan mikobakterium. Laporan terbaru menyebutkan bahwa mencit yang defisiensi TLR2TLR4TLR9 menunjukkan kelainan phenotype yang
lebih ringan dibandingkan dengan mencit yang defisiensi MyD88. Perlu studi lebih lanjut apakah hanya TLR atau ada molekul lain selain TLR dalam aktivasi MyD88
untuk mediasi respon imun alamiah terhadap infeksi M.tuberculosis. TLRMyD88 merupakan komponen independent dari imunitas alamiah yang terlibat dalam
induksi respon imun adaptif selama infeksi M.tuberculosis Saiga et al., 2010.
Gambar 2.3 Pengenalan
M.tuberculosis oleh Toll-like receptors
TLR2 mengenali beberapa komponen derivat M.tuberculosis. TLR9 mengenali DNA mikobakterial termasuk motif CpG di dalam endosom.
Pengenalan mikobakterial yang TLR-dependent ini menginduksi aktivasi signaling pathways melalui molekul adaptor MyD88 dengan menunjukkan
aktivasi ekspresi gen Saiga et al., 2010.
MyD88 berperan penting dalam aktivasi respons imun alamiah terhadap M.tuberculosis. Selanjutnya IL-1 receptor-associated kinases IRAK, TNF
receptor-associated factor TRAF 6, TGFβ-activated protein kinase 1 TAK1 dan
mitogen-activated protein MAP kinase direkrut dalam kaskade signal dengan menunjukkan aktivasi dan translokasi inti dari faktor transkripsi seperti nuclear
transcription factor NF- B Takeda dan Akira, 2004. Keadaan ini menunjukkan
transkripsi gen yang terlibat dalam aktivasi respon imun alamiah, terutama dalam produksi sitokin proinflamasi seperti TNF, IL-
1β, dan IL-12 serta nitric oxide NO Akira, 2003.
TLR4 diaktivasi oleh heat shock protein 6065, suatu protein yang disekresikan oleh berbagai spesies M.tuberculosis Bulut et al., 2005. TLR9
mengenali unmethylated CpG motifs dalam DNA bakteri. Studi in vitro menunjukkan bahwa M. tuberculosis menginduksi pengeluaran IL-12 dalam sel
dendritik tergantung dengan TLR9. Eksperimen in vivo menunjukkan bahwa ketika mencit diinfeksikan dengan M.tuberculosis dosis tinggi, mencit yang kekurangan
TLR9 lebih cepat mati dibandingkan dengan mencit yang normal Bafica et al., 2005.
TLR8 dapat mengenali single-stranded RNA ssRNA virus RNA. Hal yang menarik diungkapkan oleh Davila dkk pada tahun 2008, yaitu terjadi
peningkatan ekspresi protein TLR8 dalam makrofag setelah diinfeksikan dengan BCG Davila et al., 2008. Sampai sekarang hanya penelitian ini yang
mengemukakan peran penting TLR8, namun bagaimana mekanisme TLR8 mengenali M.tuberculosis dan signal intraselulernya masih belum jelas.
2.2.2 NOD Like Receptors NOD like receptors NLRs merupakan keluarga dari protein yang sangat
mirip dengan keluarga protein plant R resistance, yang mempunyai peran penting dalam pertahanan terhadap patogen pada tumbuhan. Keluarga NLR pada mamalia
mengandung lebih dari 20 anggota dengan struktur yang sederhana. Inti molekul tersebut dibentuk oleh nucleotide-binding domain, yang diberi nama NACHT,
NAIP, CIITA, HET-E, dan TP-1 Shi et al., 2003 atau NOD nucleotide oligomerization domain. Bagian C-terminal mengandung ulangan seri kaya leucin,
yang lebih dahulu mengenali PAMPs dari patogen dan mengawali aktivasi molekul. Bagian N-terminal molekul mengandung bagian efektor dari CARD caspase
activation and recruitment domain, PYRIN, atau BIR baculovirus inhibitor of apoptosis repeat domain Proell et al., 2008. NLR yang mengandung CARD
seperti misalnya NOD1 dan NOD2 terlebih dahulu membentuk oligomer dan kemudian merekrut receptor-interacting protein 2 RIP2 atau CARD containing
kinase-RICK, melalui interaksi CARD-CARD sehingga menunjukkan pengerahan NF-
B Dufner et al., 2006. NOD2 adalah reseptor intraseluler yang memediasi rangsangan produksi sitokin proinflamasi dari infeksi M.tuberculosis. NOD2
merupakan reseptor untuk peptidoglikan bakteri. Mencit dengan defisiensi NOD2 menunjukkan gangguan produksi sitokin proinflamasi dan nitric oxide ketika
diinfeksikan dengan M.tuberculosis. Namun kerentanan mencit dengan defisiensi NOD2 terhadap infeksi M.tuberculosis masih bervariasi Divangahi et al., 2008.
2.2.3 C-Type Lectins C-type lectins merupakan keluarga PRR yang terlibat dalam pengenalan
struktur polisakarida dari patogen. Mannose Receptor MR, CD206 terdiri dari 8 rantai bagian pengenal karbohidrat dan satu bagian yang kaya cystein. MR banyak
diekspresikan pada makrofag alveolar. Rangsangan mikobakterium melalui MR menyebabkan produksi sitokin anti-inflamasi seperti IL-4 dan IL-13, menghambat
produksi IL-12, dan kegagalan mengaktivasi respon oksidatif. Man-LAM dan komponen utama lain dari dinding sel M.tuberculosis seperti PIMs merupakan ligan
alami mikobakterium untuk MR. Ikatan M.tuberculosis dengan MR dapat menginduksi fagositosis, namun fusi fagosom dengan lisosom terbatas
Kleinnijenhuis et al, 2011. Perbedaan level mannosylation antara strain M.tuberculosis bisa juga
berpengaruh terhadap pengenalan oleh C-type lectins. Torrelles dan Schlesinger pada tahun 2010 menyebutkan bahwa perbedaan virulensi antara strain
M.tuberculosis bisa berkaitan dengan ekspresi Man-LAM pada dinding sel Torrelles dan Schlesinger, 2010.
2.2.4 DC-SIGN Dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3 grabbing
nonintegrin DC-SIGN, CD209 berperan penting dalam interaksi antara sel dendritik dengan M.tuberculosis. Reseptor ini terutama diekspresikan pada sel
dendritik dalam bentuk sebagai PRR dan reseptor adesi, berperan dalam migrasi sel dendritik dan interaksi antara sel dendritik-sel T. Bagian pengenalan karbohidrat
dari DC-SIGN mengenali Man-LAM dan lipomannans. -glucan bagian dominan
polisakarida kapsul juga sebagai ligan untuk DC-SIGN. Setelah mengenali struktur M.tuberculosis, DC-SIGN memacu respon imun anti-inflamasi dengan cara
maturasi sel dendritik yang terinfeksi dan menginduksi produksi IL-10 Kleinnijenhuis et al, 2011.
2.2.5 Dectin-1 Dectin-1 merupakan reseptor yang terdiri dari bagian pengenalan
karbohidrat ekstraseluler dan bagian ITAM intraseluler. Reseptor ini terutama diekspresikan pada makrofag, sel dendritik, netrofil, dan subset sel T. Dectin-1
terutama mengenali β-glucan yang terdapat pada patogen fungi, namun hal ini juga
diperkirakan berperan penting dalam pengenalan M.tuberculosis Kleinnijenhuis et al, 2011. Laporan terakhir dikemukakan bahwa dectin-1 berperan penting pada
pengenalan M.tuberculosis dalam imunitas alamiah dan menginduksi respon Th1 dan Th17 Van De Veerdonk et al., 2010.
Gambar 2.4 Pengenalan mikobakterium oleh
pattern recognition receptors PRRs
Beberapa PRR seperti NOD-like receptors dan C-type lectin receptors, memediasi pengenalan M.tuberculosis. NOD2, merupakan anggota NOD-
like receptors, mengenali N-glycolyl MDP di dalam sitoplasma sel M.tuberculosis. DC-SIGN dan dectin-1 merupakan anggota dari C-type
lectin receptors, berperan pada pengenalan mikobakterium. Selain itu, Mincle menunjukkan pengenalan terhadap TDM merupakan suatu
glikolipid dari dinding sel mikobakterium Saiga et al., 2010.
2.3 Imunitas alamiah dan Pertahanan Tubuh Terhadap M. tuberculosis
Kategori