Peranan Heat Shock Protein Pada Patogenesis Penyakit Infeksi dan Penyakit Autoimun.
ABSTRAK
PERANAN HEAT SHOCK PROTEINPADA PATOGENESIS
PENYAKIT INFEKSI DAN PENY AKIT AUTOlMUN
Hartini Cahyadi, 2003. Pembimbing I: Endah Tyasrini, S.Si, M.Si
Pembimbing II: Johan Lucianus, dr., M.Si
Latar BeIakang: Heat shock proteins (Hsp) tersebar luas pada sel manusia
maupun patogen, yang penting sebagai salah satu sarana untuk beradaptasi
terhadap perubahan pada lingkungan hidupnya. Para ilmuwan menemukan suatu
hal yang penting, yaitu bahwa sistem imun manusia berespon kuat terhadap Hsp
patogen. Semua patogen akan meningkatkan produksi Hsp-nya selama proses
infeksi, hal ini menjadikan Hsp patogen terdeteksi sebagai antigen oleh sistem
imun manusia. Hsp juga mendukung terjadinya keadaan patologis lain misalnya
proses autoimun, karena Hsp patogen dan Hsp manusia sangatlah mirip. Sel T
dapat mengenali kehadiran Hsp patogen, tetapi dapat juga bereaksi silang dengan
self-Hsp, yang kemudian menyebabkan terjadinya penyakit autoimun.
Tujuan: Untuk mengetahui sejauh mana peranan Hsp dalam menimbulkan
penyakit infeksi dan penyakit autoimun
Pembahasan: Sebagian besar Hsp berfungsi sebagai molecular chaperones,
yang berfungsi dalam membantu pelipatan dan perbaikan struktur protein. Hsp
patogen merupakan antigen utama dalam proses infeksi, memungkinkan sistem
imun manusia bereaksi dengan segera dan kuat terhadapnya. Homologi antara Hsp
patogen dan self-Hsp dapat menyebabkan terjadinya penyakit autoimun. Proses
autoimun tidak hanya dipengaruhi oleh homologi antar Hsp saja, tetapi juga faktor
yang lainnya
KesimpuIan: Hsp patogen bisa jadi merupakan antigen yang lebih penting
daripada antigen yang lain untuk sistem imun manusia dan terjadinya autoagresi.
Jadi dapat disimpulkan bahwa Hsp memegang peranan penting dalam
perlindungan dan patogenesis pada penyakit infeksi dan penyakit autoimun
tertentu.
IV
ABSTRACT
ROLE OF HEAT SHOCK PROTEIN IN PATHOGENESIS
OF INFECTIOUS DISEASES AND AUTOIMMUNE DISEASES
Hartini Cahyadi, 2003. rt Tutor: Endah Tyasrini, S.Si, MSi
2"d Tutor: Johan Lucianus, dr., MSi
Background: Heat shock proteins (Hsp) are highly conserved, ubiquitous
proteins, essential for living cells viability. Researchers made very important
discovery, that human immune system responds vigorously to the Hsp of
pathogens. The Hsp of all pathogens may be overproduced during infection,
providing an abundant target for detection by human immune system.
Recent research supports the role of Hsp as primary target for other deleterious
situasions such as autoimmune, because the Hsp of pathogens and human beings
are very similar. T cells may recognize Hsp of pathogens and sometimes crossreact with self-Hsp and then cause autoimmune disease.
Objective: To know the role of Hsp in causing infectious diseases and
autoimmune diseases.
Discussion: Research has shown that under normal conditions, Hsp serve as
molecular chaperones, assisting in the maturation and repair of proteins within
intracellular compartments. Hsp of pathogens alerts human immune system to the
presence of foreign invanders and triggers a prompt and potent immune response.
Homology between the Hsp of pathogens and self-Hsp can induce cross-reactive
responses and provoke autoimmune disorders, but it is influenced not only by
highest homology but also by other factors.
Result: Hsp of the pathogens could be more important than other antigens in
human defense and autoaggression. Indeed, it is safe to state that in certain
infections and autoimmune diseases, Hsp play an important role in protection and
pathogenesis.
v
DAFT AR ISI
JUDUL DALAM
PERSETUJUAN PEMBIMBING
11
SURAT PERNY ATAAN
III
ABSTRAK
IV
ABSTRACT
V
KATA PENGANTAR
VI
DAFTAR ISI
Vlll
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
Xl
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Identiflkasi Masalah
...
1
1.3. Maksud dan Tujuan
2
1.4. Kegunaan Penelitian
... ...
1.5. Metodologi
2
... 2
1.6. Lokasi dan Waktu Penelitian
2
BAB II. TINJAUAN PUST AKA
2.1. Heat Shock Proteins Sebagai Molecular Chaperones. . . .. . . .... 3
2.2. Respon Imun Terhadap Bahan Infeksius
10
2.3. Peranan Heat Shock Proteins pada Pengolahan dan
Presentasi Antigen
17
2.4. Heat Shock Proteins Mikroba Patogen Sebagai Target
dalam Respon Imun
18
2.5. Presentasi Self-Heat Shock Proteins
...20
2.6. Respon Imun Patogen dari Heat Shock Proteins. .. . .. .. .. .. .. . ... 20
2.6.1. Reaksi Silang Terhadap Epitop Sel T
21
2.6.2.Self- Tolerance oleh Sel T
23
Vlll
2.6.3. Respon Imun Terhadap Heat Shock Proteins pada
Penyakit Autoimun
25
2.6.4. Respon Sel Tal} dan yTerhadap Heat Shock
Proteins
27
BAB III. RlNGKASAN
29
BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
31
4.2. Saran
...
31
DAFT AR PUST AKA
32
RlW AYAT HIDUP
33
IX
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kelompok utama chaperones dan fungsinya pada
Escherichia coli
6
Tabel2.2. Respon imun terhadap Hsp pada infeksi oleh berbagai
mikroba patogen
.....................................................
19
Tabe12.3. Contoh keterlibatan Hsp dalam beberapa penyakit
autoimun
26
x
DAFT AR GAMBAR
Gambar 2.1. Perubahan bentuk protein karena denaturasi
4
Gambar 2.2. Protein yang melewati membran sel
5
Gambar 2.3. Peranan chaperones dalam pelipatan protein
7
Gambar 2.4. Peranan Hsp dalam pelipatan protein yang
terdenaturasi
8
Gambar 2.5. Struktur chaperonin yang seperti tong
9
Gambar 2.6. Mekanisme imun protektif non-spesifik
11
Gambar 2.7. Pembagian sel T sesuai dengan ekspresi TCR
12
Gambar 2.8. Struktur sel T
13
...
...
Gambar 2.9. Pengolahan antigen oleh molekul MHC Kelas
I dan II
15
Gambar 2.10. Struktur molekul MHC kelas I
16
Gambar 2.11. Struktur molekul MHC kelas II... .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. ..
16
Gambar 2.12. Reaksi silang antigen.. .. .. . .. .. . .. .
23
24
'"
Gambar 2.13. Toleransi sel T terhadap autoantigen
Xl
.. .. .. .. ... . . .. .. . .. . .
BAD I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penyakit infeksi mungkin sudah tidak asing terjadi di sekitar kita, sedangkan
penyakit autoimun kini sudah lebih banyak dikenal walaupun jumlah kasusnya
tidak terlalu banyak. Etiologi penyakit infeksi mulai dari bakteri, virus, fungi,
protozoa, serta cacing juga sudah banyak dipublikasikan. Faktor apa dari mikroba
patogen tersebut yang menimbulkan patogenesis penyakit juga sudah banyak
diketahui seperti toksin dan enzim yang mereka miliki. Baru-baru ini para
ilmuwan ramai meneliti dan mengembangkan
bagian yang sangat kecil dari
mikroba patogen, yang juga diketahui dapat menjadi target utama sistem imun
manusia pada keadaan infeksi, yaitu heat shock proteins (Hsp). Hsp secara alami
ada di dalam mikroba patogen dan juga terdapat pada manusia.
Heat shock proteins yang sebenamya merupakan sarana adaptasi bagi mikroba
patogen untuk menghadapi stress dari lingkungan terutama saat mereka masuk
dalam tubuh manusia, temyata justru menjadikan mikroba patogen itu mudah
dikenali oleh sistem imun man usia. Pada kasus penyakit autoimun, diduga
kemiripan antara heat shock proteins mikroba patogen dan heat shock proteins
manusia (self-Hsp) menjadi salah satupenyebab terjadinya autoimunitas.
Tujuan dari Karya Tulis ini untuk mengetahui sejauh mana peranan heat shock
proteins dalam menimbulkan beberapa penyakit infeksi dan penyakit autoimun.
1.2. Identifikasi Masalah
Bagaimana peranan heat shock proteins pada patogenesis penyakit infeksi dan
penyakit autoimun?
2
1.3. Maksud dan Tujuan
Untuk mengetahui
lebih jauh tentang peranan heat shock proteins
pada
patogenesis penyakit infeksi dan penyakit autoimun.
1.4. Kegunaan Penelitian
Diharapkan dengan mengetahui tentang heat shock proteins, protein ini dapat
dijadikan sasaran barn dan antibiotik, sehingga kasus penyakit infeksi karena
beberapa
bakteri yang resisten terhadap
antibiotik
yang sudah ada dapat
berkurang, serta dapat menjadikannya salah satu alternatif terapi pada penyakit
autoimun.
1.5. Metodologi
Studi Pustaka
1.6. Lokasi dan Waktu
Karya Tulis Ilmiah ini dikerjakan di Fakultas Kedokteran, Universitas Kristen
.
Maranatha Bandung sejak bulan Maret sampai bulan Juli 2003.
BABIV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Keberadaan heat shock proteins (Hsp) bakteri patogen terutama dalam keadaan
stress merupakan penyebab penting dalam beberapa penyakit infeksi dan penyakit
autoimun, yaitu karena Hsp patogen dapat menjadi antigen utama dalam proses
patologis dan juga karena Hsp patogen memiliki tingkat kemiripan yang cukup
besar dengan self-Hsp menyebabkan terjadinya autoimunitas pada proses seleksi
yang positif.
4.2 Saran
Diharapkan dengan mengetahui tentang pentingnya keberadaan heat shock
proteins (Hsp), Hsp ini dapat dijadikan sasaran barn dari antibiotik, sehingga
kasus penyakit infeksi karena beberapa bakteri yang resisten terhadap antibiotik
yang sudah ada dapat berkurang. Serta dapat menjadikannya salah satu altematif
terapi pada penyakit autoimun.
31
DAFT AR PUST AKA
Executive Summary. Stressgen's Platform Technology: Heat Shock Proteins
Fusion. 2002. URL:.stressgen.comlinfo/Hsp _Exec_Sum. pdf
Lengeler J.W, Drews G, ScWegel H.G. 1999. Biology of Prokaryotes. Stuttgart:
Blackwell Science.p.657-660
Lewin B. 2000. Genes VII. New York: Oxford University Press and Cell
Press.p.194-198, 250-253, 741-743.
Madi~an M.T., Martinko J.M., Parker J. 2000. Brock Biology of Microorganism.
9t .ed. New Jersey: Prentice-Hall Inc.p.46, 191-193,207,229-230.
Roitt I, Brostoff J, Male D. 2001. Immunology. 6th.ed. London: Mosby.p.28,
108-111,245-247,255-256,408-410.
Stites D.P., Terr A.I., Parslow T.G. 1994. Basic and Clinical Immunology.
8th.ed. USA: Appleton and Lance.p.59-63.
Ziigel L, Kaufinann S.H.E. 1999. Role of Heat Shock Proteins in Protection from
and Pathogenesis of Infectious Disease. American Society of Microbiology,
Vol 12 no l.p19-32.
http://web.wi.mit.edu/young/hsp: Heat Shock Protein as a Vaccine Vehicle.
32
PERANAN HEAT SHOCK PROTEINPADA PATOGENESIS
PENYAKIT INFEKSI DAN PENY AKIT AUTOlMUN
Hartini Cahyadi, 2003. Pembimbing I: Endah Tyasrini, S.Si, M.Si
Pembimbing II: Johan Lucianus, dr., M.Si
Latar BeIakang: Heat shock proteins (Hsp) tersebar luas pada sel manusia
maupun patogen, yang penting sebagai salah satu sarana untuk beradaptasi
terhadap perubahan pada lingkungan hidupnya. Para ilmuwan menemukan suatu
hal yang penting, yaitu bahwa sistem imun manusia berespon kuat terhadap Hsp
patogen. Semua patogen akan meningkatkan produksi Hsp-nya selama proses
infeksi, hal ini menjadikan Hsp patogen terdeteksi sebagai antigen oleh sistem
imun manusia. Hsp juga mendukung terjadinya keadaan patologis lain misalnya
proses autoimun, karena Hsp patogen dan Hsp manusia sangatlah mirip. Sel T
dapat mengenali kehadiran Hsp patogen, tetapi dapat juga bereaksi silang dengan
self-Hsp, yang kemudian menyebabkan terjadinya penyakit autoimun.
Tujuan: Untuk mengetahui sejauh mana peranan Hsp dalam menimbulkan
penyakit infeksi dan penyakit autoimun
Pembahasan: Sebagian besar Hsp berfungsi sebagai molecular chaperones,
yang berfungsi dalam membantu pelipatan dan perbaikan struktur protein. Hsp
patogen merupakan antigen utama dalam proses infeksi, memungkinkan sistem
imun manusia bereaksi dengan segera dan kuat terhadapnya. Homologi antara Hsp
patogen dan self-Hsp dapat menyebabkan terjadinya penyakit autoimun. Proses
autoimun tidak hanya dipengaruhi oleh homologi antar Hsp saja, tetapi juga faktor
yang lainnya
KesimpuIan: Hsp patogen bisa jadi merupakan antigen yang lebih penting
daripada antigen yang lain untuk sistem imun manusia dan terjadinya autoagresi.
Jadi dapat disimpulkan bahwa Hsp memegang peranan penting dalam
perlindungan dan patogenesis pada penyakit infeksi dan penyakit autoimun
tertentu.
IV
ABSTRACT
ROLE OF HEAT SHOCK PROTEIN IN PATHOGENESIS
OF INFECTIOUS DISEASES AND AUTOIMMUNE DISEASES
Hartini Cahyadi, 2003. rt Tutor: Endah Tyasrini, S.Si, MSi
2"d Tutor: Johan Lucianus, dr., MSi
Background: Heat shock proteins (Hsp) are highly conserved, ubiquitous
proteins, essential for living cells viability. Researchers made very important
discovery, that human immune system responds vigorously to the Hsp of
pathogens. The Hsp of all pathogens may be overproduced during infection,
providing an abundant target for detection by human immune system.
Recent research supports the role of Hsp as primary target for other deleterious
situasions such as autoimmune, because the Hsp of pathogens and human beings
are very similar. T cells may recognize Hsp of pathogens and sometimes crossreact with self-Hsp and then cause autoimmune disease.
Objective: To know the role of Hsp in causing infectious diseases and
autoimmune diseases.
Discussion: Research has shown that under normal conditions, Hsp serve as
molecular chaperones, assisting in the maturation and repair of proteins within
intracellular compartments. Hsp of pathogens alerts human immune system to the
presence of foreign invanders and triggers a prompt and potent immune response.
Homology between the Hsp of pathogens and self-Hsp can induce cross-reactive
responses and provoke autoimmune disorders, but it is influenced not only by
highest homology but also by other factors.
Result: Hsp of the pathogens could be more important than other antigens in
human defense and autoaggression. Indeed, it is safe to state that in certain
infections and autoimmune diseases, Hsp play an important role in protection and
pathogenesis.
v
DAFT AR ISI
JUDUL DALAM
PERSETUJUAN PEMBIMBING
11
SURAT PERNY ATAAN
III
ABSTRAK
IV
ABSTRACT
V
KATA PENGANTAR
VI
DAFTAR ISI
Vlll
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
Xl
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Identiflkasi Masalah
...
1
1.3. Maksud dan Tujuan
2
1.4. Kegunaan Penelitian
... ...
1.5. Metodologi
2
... 2
1.6. Lokasi dan Waktu Penelitian
2
BAB II. TINJAUAN PUST AKA
2.1. Heat Shock Proteins Sebagai Molecular Chaperones. . . .. . . .... 3
2.2. Respon Imun Terhadap Bahan Infeksius
10
2.3. Peranan Heat Shock Proteins pada Pengolahan dan
Presentasi Antigen
17
2.4. Heat Shock Proteins Mikroba Patogen Sebagai Target
dalam Respon Imun
18
2.5. Presentasi Self-Heat Shock Proteins
...20
2.6. Respon Imun Patogen dari Heat Shock Proteins. .. . .. .. .. .. .. . ... 20
2.6.1. Reaksi Silang Terhadap Epitop Sel T
21
2.6.2.Self- Tolerance oleh Sel T
23
Vlll
2.6.3. Respon Imun Terhadap Heat Shock Proteins pada
Penyakit Autoimun
25
2.6.4. Respon Sel Tal} dan yTerhadap Heat Shock
Proteins
27
BAB III. RlNGKASAN
29
BAB IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
31
4.2. Saran
...
31
DAFT AR PUST AKA
32
RlW AYAT HIDUP
33
IX
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kelompok utama chaperones dan fungsinya pada
Escherichia coli
6
Tabel2.2. Respon imun terhadap Hsp pada infeksi oleh berbagai
mikroba patogen
.....................................................
19
Tabe12.3. Contoh keterlibatan Hsp dalam beberapa penyakit
autoimun
26
x
DAFT AR GAMBAR
Gambar 2.1. Perubahan bentuk protein karena denaturasi
4
Gambar 2.2. Protein yang melewati membran sel
5
Gambar 2.3. Peranan chaperones dalam pelipatan protein
7
Gambar 2.4. Peranan Hsp dalam pelipatan protein yang
terdenaturasi
8
Gambar 2.5. Struktur chaperonin yang seperti tong
9
Gambar 2.6. Mekanisme imun protektif non-spesifik
11
Gambar 2.7. Pembagian sel T sesuai dengan ekspresi TCR
12
Gambar 2.8. Struktur sel T
13
...
...
Gambar 2.9. Pengolahan antigen oleh molekul MHC Kelas
I dan II
15
Gambar 2.10. Struktur molekul MHC kelas I
16
Gambar 2.11. Struktur molekul MHC kelas II... .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. ..
16
Gambar 2.12. Reaksi silang antigen.. .. .. . .. .. . .. .
23
24
'"
Gambar 2.13. Toleransi sel T terhadap autoantigen
Xl
.. .. .. .. ... . . .. .. . .. . .
BAD I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penyakit infeksi mungkin sudah tidak asing terjadi di sekitar kita, sedangkan
penyakit autoimun kini sudah lebih banyak dikenal walaupun jumlah kasusnya
tidak terlalu banyak. Etiologi penyakit infeksi mulai dari bakteri, virus, fungi,
protozoa, serta cacing juga sudah banyak dipublikasikan. Faktor apa dari mikroba
patogen tersebut yang menimbulkan patogenesis penyakit juga sudah banyak
diketahui seperti toksin dan enzim yang mereka miliki. Baru-baru ini para
ilmuwan ramai meneliti dan mengembangkan
bagian yang sangat kecil dari
mikroba patogen, yang juga diketahui dapat menjadi target utama sistem imun
manusia pada keadaan infeksi, yaitu heat shock proteins (Hsp). Hsp secara alami
ada di dalam mikroba patogen dan juga terdapat pada manusia.
Heat shock proteins yang sebenamya merupakan sarana adaptasi bagi mikroba
patogen untuk menghadapi stress dari lingkungan terutama saat mereka masuk
dalam tubuh manusia, temyata justru menjadikan mikroba patogen itu mudah
dikenali oleh sistem imun man usia. Pada kasus penyakit autoimun, diduga
kemiripan antara heat shock proteins mikroba patogen dan heat shock proteins
manusia (self-Hsp) menjadi salah satupenyebab terjadinya autoimunitas.
Tujuan dari Karya Tulis ini untuk mengetahui sejauh mana peranan heat shock
proteins dalam menimbulkan beberapa penyakit infeksi dan penyakit autoimun.
1.2. Identifikasi Masalah
Bagaimana peranan heat shock proteins pada patogenesis penyakit infeksi dan
penyakit autoimun?
2
1.3. Maksud dan Tujuan
Untuk mengetahui
lebih jauh tentang peranan heat shock proteins
pada
patogenesis penyakit infeksi dan penyakit autoimun.
1.4. Kegunaan Penelitian
Diharapkan dengan mengetahui tentang heat shock proteins, protein ini dapat
dijadikan sasaran barn dan antibiotik, sehingga kasus penyakit infeksi karena
beberapa
bakteri yang resisten terhadap
antibiotik
yang sudah ada dapat
berkurang, serta dapat menjadikannya salah satu alternatif terapi pada penyakit
autoimun.
1.5. Metodologi
Studi Pustaka
1.6. Lokasi dan Waktu
Karya Tulis Ilmiah ini dikerjakan di Fakultas Kedokteran, Universitas Kristen
.
Maranatha Bandung sejak bulan Maret sampai bulan Juli 2003.
BABIV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Keberadaan heat shock proteins (Hsp) bakteri patogen terutama dalam keadaan
stress merupakan penyebab penting dalam beberapa penyakit infeksi dan penyakit
autoimun, yaitu karena Hsp patogen dapat menjadi antigen utama dalam proses
patologis dan juga karena Hsp patogen memiliki tingkat kemiripan yang cukup
besar dengan self-Hsp menyebabkan terjadinya autoimunitas pada proses seleksi
yang positif.
4.2 Saran
Diharapkan dengan mengetahui tentang pentingnya keberadaan heat shock
proteins (Hsp), Hsp ini dapat dijadikan sasaran barn dari antibiotik, sehingga
kasus penyakit infeksi karena beberapa bakteri yang resisten terhadap antibiotik
yang sudah ada dapat berkurang. Serta dapat menjadikannya salah satu altematif
terapi pada penyakit autoimun.
31
DAFT AR PUST AKA
Executive Summary. Stressgen's Platform Technology: Heat Shock Proteins
Fusion. 2002. URL:.stressgen.comlinfo/Hsp _Exec_Sum. pdf
Lengeler J.W, Drews G, ScWegel H.G. 1999. Biology of Prokaryotes. Stuttgart:
Blackwell Science.p.657-660
Lewin B. 2000. Genes VII. New York: Oxford University Press and Cell
Press.p.194-198, 250-253, 741-743.
Madi~an M.T., Martinko J.M., Parker J. 2000. Brock Biology of Microorganism.
9t .ed. New Jersey: Prentice-Hall Inc.p.46, 191-193,207,229-230.
Roitt I, Brostoff J, Male D. 2001. Immunology. 6th.ed. London: Mosby.p.28,
108-111,245-247,255-256,408-410.
Stites D.P., Terr A.I., Parslow T.G. 1994. Basic and Clinical Immunology.
8th.ed. USA: Appleton and Lance.p.59-63.
Ziigel L, Kaufinann S.H.E. 1999. Role of Heat Shock Proteins in Protection from
and Pathogenesis of Infectious Disease. American Society of Microbiology,
Vol 12 no l.p19-32.
http://web.wi.mit.edu/young/hsp: Heat Shock Protein as a Vaccine Vehicle.
32