Dokumen tersebut membahas tentang gene rearrangement pada berbagai organisme hidup. Gene rearrangement merupakan perubahan organisasi dan komposisi gen in situ yang menyebabkan reorganisasi lokus gen. Gene rearrangement dapat terjadi karena mutasi, duplikasi, translokasi, atau transfer gen antar sel. Pada manusia, gene rearrangement terjadi untuk membentuk reseptor sel T dan imunoglobulin. Gene rearrangement dapat digunakan untuk mendeteksi penyakit seperti leukemia

1. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 1
C18 Gene Rearrangement
Lecture Notes : SGBM
Theme : Gene Rearrangement
Oleh : Prof. Drs. Purnomo Soeharso, Ph.D
A. Pengertian Gene Rearrangement
Gene rearrangement ini merupakan perubahan organisasi dan
komposisi gen in situ sehingga terjadi reorganisasi lokus. Dapat
terjadi pada semua sel (eukariot maupun prokariot). Hal ini
menyebabkan perubahan kontrol, pengaturan, dan ekspresi gen
tertentu.
B. Akibat Gene Rearrangement
1. Mutasi (perubahan intragen)
Gen tertentu dimodifikasi sekuens DNAnya pada waktu replikasi
2. Duplikasi Gen
Gen digandakan (dibentuk duplikat) menjadi sepasang gen
yang identik di dalam sel
3. Translokasi (Tukar Tempat)
Dua gen atau lebih patah dan segmen yang
terbentuk berekombinasi menjadi hibrid (gen
baru). Ada dua gen atau lebih yang mengalami
segmentasi kemudian patahan-patahan tadi
berekombinasi sehingga menyambung satu
sama lain. Akhirnya terbentuklah gen hibrid (gen
kombinasi baru),
4. Transfer Gen Antar Sel (Interseluler)
DNA dipindahkan dari genom sel satu ke
genom sel yang lain.
C. Rekombinasi Homolog
Gene rearrangement dapat terjadi sering pada
kromosom homolog dan terjadi pada masa meiosis I
(saat crossing over). Terjadi rekombinasi kromatid
paternal dan maternal yang disebut kiasma dan
hasilnya disebut dengan chromatid exchange. Lihat
gambar di samping.
Syarat yang harus dimiliki untuk terjadinya gene
rearrangement adalah :

2. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 2
C18 Gene Rearrangement
1. Terdapat dua DNA dari yang berasal dari berbeda lokus atau
berbeda sel (intinya dari sumber yang berbeda) sehingga terjadi
rekombinasi
2. Kedua DNA harus memiliki site specific recombination (SSR)
3. Rekombinasi ini akan dikatalis oleh protein atau enzim yang
cocok (mengenal segmen spesifik tadi yaitu SSR) pada DNA
yang mengalami gene rearrangement tadi
Contoh :
a) Rekombinasi antara gen bakteriofage lambda pada DNA
bakteri E. coli. Di mana terjadi rekombinasi gen bakteriofag dan
DNA bakteri sehingga membentuk profage kemudian dieksisi
sehingga akan ditransmisikan ke bakteri selanjutnya pada siklus
lisogenik. Rekombinasi ini dimediasi oleh protein virus yang
disebut integrase (int) yang mengenal site-specific
recombination sequence virus pada host.
Hasilnya ada dua cara :
1. Gen virus ditranskripsi dan ditranslasi dan akan
menghasilkan virus baru sehingga virus tadi dapat keluar
dari sel di mana sel bakteri akan lisis
2. DNA virus akan diintegrasikan ke DNA genom bakteri
(proses gene rearrangement) sehingga membentuk
profage (yang akan direplikasikan bersama genom bakteri
sehingga tiap bakteri membawa profage ini), di mana DNA
virus terintegrasi ke DNA genom bakteri akan disebut
provirus (Contoh : Hepatitis B diserang virus sehingga gen
virus mengintegrasikan genom sel hati, akan terjadi
rearrangement sehingga sel hati akan membentuk
karsinoma)

3. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 3
C18 Gene Rearrangement
b) Rekombinasi DNA pada Rearrangement Gen Ig dan TCR
Rekombinasi segmen V dan D gen Ig atau TCR terjadi
karena ada recombination signal sequence (RSS) di mana
fungsinya sama seperti SSR yang berada di ujung (hulu 5’ dan
hilir 3’) ekson V da D. RSS dikenal dan dieksisi oleh protein
kompleks RAG1 dan RAG2.
Setelah RSS dieksisi, sekuens DNA antara ekson V dan D
dieliminasi sehingga terjadi rekombinasi antara kedua jenis tadi.
Jika antara V dan D sudah dekat akan disambung oleh enzim
ligase sehingga menghasilkan gen baru. Terjadilah
pengekspresian protein yang spesifik untuk immunoglobulin
dan TCR.
D. Rearrangement pada Bakteri
Akan menghasilkan varian protein untuk beradaptasi terhadap
perubahan lingkungan (karena lingkungan ini tidak
menguntungkan untuk kelangsungan hidup bakteri) sehingga bisa
survive. Dapat dilakukan untuk resisten terhadap antibiotik atau
menghindari sel imun host. Berikut macam-macam rearrangement
pada bakteri :
1. Transposisi Gen atau DNA
Terjadi pada Neisseria gonorrhoeae yang menghindar
respon sIgA dengan mengubah antigen permukaan kemudian
melekat ke epitel mukosa uretra atau serviks menggunakan pili.
Pili ini dikonstruksi oleh pilin.

4. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 4
C18 Gene Rearrangement
Pilin akan diubah komposisinya agar dapat menghindari
sIgA agar tetap bisa menempel pada epitel mukosa (terhindar
dari sIgA). sIgA ini dapat bergabung dengan protein pilin pada
permukaan mukosa uretra sehingga Neisseria gonorrhoeae
gagal menginfeksi epitel, maka jika ingin menginfeksi lagi
Neisseria gonorrhoeae ini harus mengubah struktur pilinnya
agar tidak dikenali oleh sIgA.
2. Inversi Gen
Merupakan proses pemotongan segmen DNA kemudian
disambung kembali dengan orientasi berbeda (terbalik dari
sebelumnya).
Hal ini terjadi pada Campylobacter fetus (bakteri gram
positif) yang bersifat patogen pada hewan ternak dan manusia.
Biasanya menyerang di daerah peternakan. Bakteri ini akan
mengekspresikan S-layer protein (SLP) semacam lendir di
permukaan selnya yang dapat bereaksi dengan komplemen
C3b (protein serum yang akan melakukan opsonisasi dan
memediasi sel fagosit).

5. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 5
C18 Gene Rearrangement
Agar tidak dikenali oleh C3b, bakteri ini akan melakukan
rearrangement dan melakukan inversi sehingga terjadi
perubahan pada komposisi protein SLP tadi.
E. Gene Rearrangement pada Eukariota
Pada manusia, gene rearrangement dapat terjadi secara normal
(fisiologis) yang diperlukan untuk fungsi normal tubuh dan dapat
terjadi juga gene rearrangement yang menyebabkan sakit
(patologis).
1. Gene Rearrangement Patologis
Rearrangement pada gen bcr atau abl karena translokasi
kromosom 9 (abl) dan 22 (bcr) yang mengalami translokasi. Di
mana kedua ini akan berekombinasi dan menghasilkan protein
baru yang akan menginduksi leukimia mieloblastik kronik. Jika
protein rekombinan diambil dari serumnya dan disuntikan ke
binatang percobaan (misal : monyet) maka monyet itu akan
terserang juga tapi tidak permanen.
Kromosom hasil translokasi disebut kromosom philadelphia
yang dijadikan marker dari penderita leukimia myeloblastik
kronik. Translokasi terjadi karena adanya radiasi masif (biasanya
di Jepang seperti korban Nagasaki dan Hiroshima).

6. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 6
C18 Gene Rearrangement
2. Gene Rearrangement Fisiologis
- Gen fisiologis melibatkan gen Immunoglobin dan reseptor
sel T (TCR) yang diekspresikan oleh limfosit T untuk
mengenali kompleks Ag-HLA (reaksi seluler). Jika telah
dikenali maka akan terjadi reaksi sitotoksik atau reaksi sitokin
di mana sel menjadi lisis (struktur molekul TCR ada dua yaitu
alfa dan beta atau gamma dan sigma)
- Immunoglobulin (Ig) disintesis oleh limfosit B untuk
mengenali antigen bebas dan reaksinya disebut reaksi
humoral (struktur molekul Ig ada H dan Lk , Lλ)
Regio variabel menentukan spesifisitas reseptor terhadap
antigen. Alfa dan beta pada molekul TCR merupakan klaster
karena ada dua gen yang menempati satu lokus yang sama.
Berikut bentuk gen Ig dan TCR di dalam tubuh :
 Bentuk Germline
Seluruh tubuh membawa gen Ig dan TCR tapi tidak
fungsional, gen yang tidak fungsional ini disebut gen
germline (pre Sel T dan pre Sel B) yaitu sel-sel calon yang
masih stadium stem cell.
 Bentuk Rearrangement
Merupakan gen fungsional pada sel T dan sel B yang
telah matur di mana kedua sel dibuat di sum sum tulang
kemudian sel B tetap di sum sum tulang sampai matang,
sedangkan sel T akan dikirim ke kelenjar timus untuk
maturisasi. Rearrangement ini terjadi di timus.

7. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 7
C18 Gene Rearrangement
Jika semua terjadi rekombinasi, maka limfosit akan
memiliki 1 milyar kombinasi sementara immunoglobulin
akan memiliki 16,5 x 1011
kombinasi.
F. Pemanfaatan Gene Rearrangement
Rearrangement gen TCR dan Ig sebagai penanda galur dan
distribusi klon sel T dan sel B. Limfosit T atau B dari galur tertentu
menunjukkan pola gene rearrangement TCR atau Ig yang khas.
Atau limfosit T atau B akan memiliki gambaran rearrangement yang
sama. Intinya satu klon sel akan memiliki pola rearrangement yang
sama akan disebut monoklonal. Tetapi ada juga yang poliklonal
karena memiliki pola rearrangement yang beda padahal dalam klon
yang sama.
G. Cara Deteksi Rearrangement Gen TCR dan Ig
1. RFLP
Merupakan determinasi fragmen restriksi pada Southern
blot. Tiap gen memiliki situs restriksi berbeda, misal gen A dapat
direstriksi dengan enzim X tapi gen B belum tentu bisa direstriksi
oleh enzim X. Kemudian saat di elektroforesis, akan
menghasilkan hasil berbeda-beda.
Hasil elektroforesis jika memiliki kesamaan yang disebut sel
germline. Tapi ada beberapa individu sakit (misal : hepatitis akut
sehingga sel hati terserang virus Hepatitis maka ada sel T
spesifik yang akan mengeliminasi virus dari liver dengan
memperbanyak klon di darah) sehingga jika dilakukan analisa
akan muncul pita rearrange (jika tidak sakit tidak memiliki pita
ini).

8. AUTHORED BY : IQBAL TAUFIQQURRACHMAN 8
C18 Gene Rearrangement
2. PCR
Amplifikasi gen menggunakan primer yang komplementer yang
kemudian akan direplikasi oleh DNA polimerase. Jika bagian
intron teramplifikasi maka tidak terjadi gene rearrangement
karena seharusnya intron dihilangkan, jika intron tidak
teramplifikasi maka dapat disebut gene rearrangement.
H. Manfaat Deteksi Rearrangement Gen TCR dan Ig
Manfaatnya adalah untuk memantau kelaianan dan patologi
limfoproliferasi. Antara lain untuk mendeteksi penyakit :
1. Leukimia limfositik dan limfoma
Sel leukemia dan neoplasma limfoblastik berasal dari
satu sel ansestor yang berproliferasi lebih agresif dari sel
normal. Sehingga membentuk satu klon sel T secara
dominan di sirkulasi darah dan limfe. Kemudian dilakukan
pengobatan dengan radioterapi dan kemoterapi, setiap
selesai harus dicek. Jika berhasil maka pita germline yang
tadinya tidak ada pada penderita leukimia limfositik akan
muncul diikuti dengan menipis dan menghilangnya pita
rearrangement.
2. Penyakit Autoimun
Disebabkan ada reaksi imun berlebihan di tempat-
tempat tertentu. Biasanya karena peningkatan proliferasi sel
T monoklonal atau oligoklonal yang spesifik, berikut
contohnya : rhematoid arthritis (bagian sendi yang
meradang terus menerus karena ekspansi klon sel T),
autoimun chronic active hepatitis (pada hati terjadi ekspansi
klon sel T spesifik maka jika dilakukan biopsi dari hati lalu
diperbanyak DNA dan di RFLP akan muncul banyaknya sel
klon), dan psoriasis (autoimun pada kulit maka dapat
dilakukan isolasi dari limfosit psoriasi maka ditemukan klon
spesifik).
3. Penyakit Infeksi Virus dan Bakteri Intraseluler
Akan dapat mendeteksi beberapa penyakit yang
disebabkan infeksi virus dan bakteri intraseluler.